錨機機架組件的三維有限元分析

錨機機架組件的三維有限元分析

0總結(jié)錨機是船舶甲板上的主要設(shè)備，是重要的輔助設(shè)備。它的主要功能是維持船的位置，關(guān)閉它，并將船的安全離碼頭關(guān)閉。1《d#f]基本方程有限元求解過程包括計算對象離散化、單元分析和整體分析3個步驟有限元的基本方程為：[K]{D}=[F](1)式中：[K]———整體剛度矩陣；{D}———節(jié)點位移列陣；[F]———節(jié)點載荷列陣。因此，利用邊界條件，結(jié)合以上方程可以求出各點的位移及各單元應(yīng)力。2建立有限分析模型2.1錨機中初始模型的創(chuàng)建和裝配圖用三維CAD造型軟件Inventor,通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、孔等特征造型功能創(chuàng)建錨機機架組件所需各零件模型，并且根據(jù)各零件模型的裝配關(guān)系，完成錨機機架的零部件裝配，圖1為錨機機架的裝配圖。2.2軸瓦、定位銷、螺釘、螺釘將一些不影響整體結(jié)構(gòu)性能的一些小特征如倒角、螺紋孔、圓角和一些不需要分析的軸瓦、定位銷、螺釘和螺母等忽略不計，并且假設(shè)機架的焊縫是合格的。將錨機機架組件在三維CAD軟件中轉(zhuǎn)換為單一零件，并導(dǎo)出SAT格式。2.3錨機的錨機單元幾何模型的網(wǎng)格劃分是建立有限元模型時的重要步驟，劃分網(wǎng)格大小和單元類型對分析結(jié)果的正確性和準(zhǔn)確性影響較大。本文采用shell單元作為錨機機架的劃分單元。利用MSC.Patran有限元前后置處理器劃分網(wǎng)格，總體劃分尺寸為50mm×50mm，單元為7602個，節(jié)點為8452個。2.4邊界條件的影響錨機機架安裝在船廠提供的底座上，通過螺栓固定并限制上下方向的位移，同時通過止推塊限制機架左右方向的位移。因此，機架主要受到錨機和錨鏈輪組件的重力及錨鏈的工作拉力，以及受到錨鏈支持負(fù)載力的影響。由于錨機和錨鏈輪組件的重力相對于錨鏈工作拉力太小，另外工作拉力相比支持負(fù)載來說相對比較小，為了簡化受力，在確定受力邊界條件時，忽略錨機和錨鏈輪組件重力的影響，只考慮錨機的支持負(fù)載作用。錨機參數(shù)如表1所示。按中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》（2009）第2分冊第3.7.2.2條式中:T、r、F圖2為錨鏈輪受力分析圖，分解錨機的支持負(fù)載，可得出F2.5材料的輸入性能參數(shù)錨機機架組件材料參數(shù)如表2所示。3對設(shè)備的電壓分析和重量確定根據(jù)錨機機架的受力載荷、約束條件及結(jié)構(gòu)特征，機架的靜態(tài)應(yīng)力分析結(jié)果詳見圖3，機架的靜態(tài)位移分析結(jié)果詳見圖4。3.1misen應(yīng)力從錨機機架Mises應(yīng)力云圖上和位移圖上可以看出：(1)Mises應(yīng)力最大值出現(xiàn)在前機架與機體焊接處，最大應(yīng)力值207MPa。Mises應(yīng)力沿著軸承座中心到前后基座與機體焊接處的連線上變化，在軸承座和基座附近的截面處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，其中機體與前基座連接處的應(yīng)力集中比較明顯。由于受到錨鏈剎車力的作用，靠近錨機剎車處的機體應(yīng)力要比遠離剎車處的機體應(yīng)力要大，應(yīng)力圖符合實際受力工況。(2)有應(yīng)變圖得知，在支持負(fù)載下，錨機最大變形為1.23mm。3.2強度審查依據(jù)畸變能密度理論（第四強度理論）得出的屈服條件作為錨機機架的判斷準(zhǔn)則，即式中：σ對于錨機機架，支持負(fù)載工況下n一般取為1.0533.3載荷分析結(jié)果根據(jù)錨機機架的分析結(jié)果，對機體主板進行優(yōu)化，優(yōu)化后的機架靜態(tài)應(yīng)力分析結(jié)果詳見圖5，機架的靜態(tài)位移分析結(jié)果詳見圖6。錨機機架主板優(yōu)化后Mises應(yīng)力的最大值為258