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1、大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 汇 报 人 ：石发亮 学 号：31408010 指导教师：李 瑞 副教授 The Study of Anchor Test Integrated Simulation Based on Parameters 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮

2、 目录 CONTENTS 一、研究背景及意义 二、理论研究 三、船舶拉锚模拟仿真 四、系统方案设计 五、实例应用 六、总结展望 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 PART ONE 研究背景及意义 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 研究背景及意义 4 锚泊系统是船舶重 要组成部分，实船 锚系工作时有可能 出现卡锚、锚与船 体外壳碰撞的问题。 传统木模拉锚试验： 使用木

3、材按一定比 例，制作船体及锚 系模型，使用其做 模型试验。 nProblemnSolution1nSolution2 计算机仿真船舶拉 锚：在仿真软件中 建立三维模型，虚 拟样机的形式仿真 船舶拉锚。 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 研究背景及意义 5 国内研究现状 国外研究现状 题目作者 57000吨级散货船锚唇设计及拉锚试验仿真分析邱小虎；王明强；刘志强；李学军 基于虚拟样机技术的VLCC锚系运动仿真研究

4、李纯金；刘志强；王明强；邱小虎 船舶锚系三维建模及拉锚试验的仿真分析刘贵杰；王猛；张兰昌；陈文平；董志强 80300DWT散货船锚链筒及凸台的放样及各开口 的定位 艾记平 船舶拉锚试验仿真系统研究吴尚华 国家现状 日本三维（3D）计算机辅助船舶设计系统，这种系统被称作“上游”船舶设计系统 韩国推出了“CIMS”造船系统，贯穿于设计、制造、管理，有效推动了船舶工业的进步 欧洲国家从船舶设计到船舶布置，从车间生产信息到数据库共享等都全面的实现了计算机化 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多

5、参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 研究背景及意义 6 n摩擦力有差异 n木质模型与实际模型质心不同，运动有差异 n木模制作麻烦，耗费大量人力物力 n模型修改耗时，试验周期长 传统木模拉锚试验 计算机仿真船舶拉锚 n没考虑船舶运动对拉锚的影响，与实船拉锚情况有差距 本次研究内容及意义 n本次将考虑船舶运动对船舶拉锚的影响，模拟仿真船舶在受到风浪流、系泊绳和 护舷等多因素共同作用时的拉锚情况基于多参数的船舶拉锚集成仿真。 n结果更加真实可靠 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 PART TWO 理论研究 大连理工大

6、学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 锚系运动理论研究 8 密舍尔斯基方程 n起锚提链过程 n抛锚滑链过程 由于系统随着锚和锚链进入水中，系统质量可看做逐 步减少，因此属于质量减少的变质量问题。设某时刻 主体的质量为m。以后时刻主体的质量不断减少，系 统的外力为重力。 假设某时刻主体的质量为m(已被提起的部分)，以后 时刻主体的质量不断增加。系统外力为锚机拉力F1、 拉起部分铁链的重力G1、以及水对锚链的力F2，代人 密舍尔

7、斯基方程：假设锚链环是均匀密度 作用在 主体的 合外力 变质量系 统的主体 质量 为主体和微元 合并前的瞬时 速度 主体 速度 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 船舶运动理论研究 9 本次研究中，船舶在码头停泊时，由护舷、系泊缆、风浪流对船舶的联合作用是非线性 的，因此要在时域下研究该问题。 船舶运动计算 nCummins（1962）提出的迟滞函数法 频域理论下计算得 到的波浪激振力、 船舶的附加质量与 辐阻尼

8、 时域理论下船舶的 波浪作用力、附加 质量与迟滞函数 傅里叶变换 船舶运动响应和系 泊系统内部应力 求解 船舶 时域 运动 方程 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 PART THRE E 船舶拉锚模拟仿真 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 船舶拉锚模拟仿真 11 根据型线图、锚尺寸 资料，建立三维模型 第一步的试验内容 第一步 第二步 第三步 第四步 计算船舶在码头

9、系泊 的运动响应。 第二步的试验内容 模型装配，添加运动 副和力。进行实船拉 锚仿真 第三步的试验内容 根据仿真结果修改锚 链筒位置和角度。 第四步的试验内容 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 船舶拉锚模拟仿真 12 1 建立三维模型 n Solidworks具有强大的建模功能，建模流程为：建立或选取基准特征基础实体特征 工程特征特征修改添加材料材质、渲染处理。 大连理工大学大连理工大学 Dalian Univ

10、ersity TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 船舶拉锚模拟仿真 13 2 船舶运动计算 n AQWA水动力学软件，主要步骤有：模型建立（geometry），网格划分（model）， 设置（stup)，求解（solution）及生成结果（results）。 频域分析频域分析 T/sx/my/mz/mrx/ry/rz/ 0107.21950.1155522.9907040.484711-5.55E-031.44E-02 0.05107.21950.1158742.99070

11、50.485633-5.56E-031.48E-02 0.1107.21950.1167752.9906570.487678-5.60E-031.58E-02 0.15107.21980.1181652.9905120.490127-5.72E-031.76E-02 0.2107.22020.1199752.9902770.492938-5.92E-032.00E-02 0.25107.22080.1221412.9899580.496069-6.18E-032.30E-02 0.3107.22150.1246092.9895610.499484-6.51E-032.66E-02 0.3510

12、7.22250.127332.9890880.503154-6.88E-033.08E-02 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 船舶拉锚模拟仿真 14 3 模型装配&模型修改 n 收锚过程仿真，添加配合，定义接触、添加引力、添加船体运动结果、添加牵引力，调整装 配图，使锚与锚链自由下垂。 n 放锚过程仿真，添加配合，定义接触、添加引力、添加船体运动结果，调整装配图，使锚杆 完全收入锚链筒、锚爪与锚凸台贴合。 最

13、小距离为 998.69m m 最小距离为 887.63 mm 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 PART FOUR 系统方案设计 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 系统方案设计 16 n 功能需求分析 1. 基于SolidWorks二次开发 的参数化建模功能 2. 船舶码头系泊状态下的运 动响应计算功能 3. 在数据库技术支持下，实 现数据共享 系统模块划分&功能需

14、求分析 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 系统方案设计 17 数据流程分析 n对于该船舶拉锚集成系统而 言，需要设计人员输入的包 括两类信息，一类是三维模 型信息，另一类是参数信息。 nLACS提出的舾装数计算方法 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿

15、真研究 石发亮石发亮 系统方案设计 18 系统界面 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 系统方案设计 19 系统界面 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 系统方案设计 20 03 01 SolidWorks提供了二次开发的接口，可以

16、采用Visual C+、 Visual Basic、C#等语言进行开发。 02SolidWorks中含有Workbench插件。 Microsoft Access 2007能够与Visual Basic非常好的融合。 实现方法 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 PART FIVE 实例应用 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 实例应用 22 1 船体模型及锚系模型建立

17、 n 船体模型建立，建模流程为：建立或选取基准特征基础实体特征工程特征特征修 改添加材料材质、渲染处理。 n 锚系模型建立，单击【SolidWorks】/【船舶拉锚集成仿真系统】/【锚系参数化建模】 进入，弹出【锚系参数化建模】对话框。输入所需要的参数，完成自动化建模。 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 实例应用 23 2 船体运动计算 n 单击【SolidWorks】/【ANSYS15.0】/【ANSYSWo

18、rkbench】，在【Toolbox】 中选择【HydrodynamicDiffraction】、【HydrodynamicTimeResponse】分析 模板，并将HTR分析与HD分析，通过Solution串联。双击Geometry，并在其中导入 76000DWT.IGS船体模型文件，在距离船体1m的距离，使用【Box】功能创建码头模 型，将水线高度向上移动14.57m，使用【Slice】功能切分水线。 船体模型导入&码头模型建立&切分水线 船体模型设置 系泊绳、护舷设置 网格自动划分 频域分析 流载荷 风载荷 波浪载荷 大连理工大学大连理工大学 Dalian University Tech

19、nologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 实例应用 24 3 船舶拉锚模拟仿真 n单击【船舶拉锚集成仿真系统】/【船舶拉锚仿真模块】，新建装配图，依次插入4.5.1 中所有零件，添加配合进行装配。单击【工具】/【干涉检查】进行模型干涉检查，根据 是否发生干涉调整模型位置。 n进入motion分析模块，添加引力，添加接触设定锚链筒和锚链的滑动摩擦系数。添加 【线性马达】并导入数据点文件，使得船舶具有六个方向的运动。点击motion分析按钮 进行计算。测量运动过程中锚与船体外板的最小距离，观察运动停止后锚爪是否与锚凸台 紧密贴合、锚头是否与锚唇紧密贴合。根据实验结果对锚链筒位置和角度，锚凸台和锚唇 形状进行相应更改。直至拉锚仿真满足检验要求，确定最终锚系设计参数。 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 PART SIX 总结 展望 大连理工大学大连理工大学 Dalian University TechnologyDalian University Technology 基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究基于多参数的船舶拉锚集成仿真研究 石发亮石发亮 总结展望 26 01 论文完成工作 1 以76000DWT散货船为例，