錨鏈
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-03-06
錨鏈的實例教程
錨鏈按其鏈環的結構可分為有檔錨鏈(Stud Chain)和無檔錨鏈(Studless Chain)兩種。本文介紹實際工程中經常用到的無檔錨鏈的極限工況非線性接觸分析，十分適合有限元進階用戶來學習ANSYS的接觸建立方法及分析方法。本文的所有過程全部用命令流來實現，包括了建模、幾何處理、網格劃分、接觸屬性設置、建立接觸、施加約束。加載求解等，思路清晰，是一個學習ANSYS接觸非線性分析的典例。
錨鏈的幾何圖紙如下：
單個錨鏈及整體錨鏈的幾何模型如下：
為了得到更準確的分析結果，錨鏈模型采用映射網格劃分方式，詳見下圖：
本文分析重點在于接觸部分，接觸單元和目標單元的建立結果如下圖：
非線性求解過程曲線如下：
最終得到的錨鏈變形云圖、von-Mises應力云圖、接觸應力云圖如下：
本命令流意在說明ANSYS的非線性接觸分析分析方法，命令流包含了全部過程，絕對原創，讀者購買命令流之后如果對其中任何過程有疑問，可聯系作者進行溝通解決。
作者簡介
昵稱：凌晨
行業：風力發電+海洋工程
主要仿真方向：結構靜動力學
仿真工具：ANSYS APDL+WorkBench
展開 起錨：起錨時必須利用起錨機，錨機上沒事機械力或電力，通常是油壓機帶動錨機旋轉，把錨鏈拉上來，錨鏈并不纏繞錨機上，而是落入錨鏈艙，類似過去手搖從井里取水的東西。此時，航母錨鏈導管里面開始噴水，沖刷錨鏈，避免泥沙帶入錨鏈艙。錨并不會被航母一下拉起，航母備機但不使用動力，靠錨的拉力帶動航母自然運動，當到達錨位使，錨干被拉起，同時帶動錨抓向上翹起來，脫離海床，在錨冠重力的作用下錨爪向錨干收起，并進入錨位。
來源：航空制造網綜合自悟空問答，作者：軍武數據庫、軍史吐槽君、兔哥42928
3.2 生存工況結果分析
3.2.1 純錨鏈方案
生存工況下，海上牧場搭載的風力機和水輪機停止工作，只考慮海況對平臺和系泊系統的影響。海上牧場在純錨鏈系泊方案下，六自由度運動最大值統計和錨鏈最大張力計算結果見表9。
由表9可知，生存工況下，平臺除縱蕩以外的自由度變化較小，縱蕩方向的最大值為12.47m，橫蕩方向的最大值為3.1m，這是由于在縱蕩方向平臺受到波浪作用以及風力機水輪機受到風速流速作用共同影響；錨鏈最大張力為2037kN，安全系數為2.53，大于最小安全系數1.67，滿足要求。
生存工況下純錨鏈系泊方案在不同浪向時，平臺六自由度最大搖蕩時歷曲線見圖10。系泊系統發生最大張力的時歷曲線見圖11。
3.2.2 錨鏈-鋼纜-錨鏈方案
在使用錨鏈-鋼纜-錨鏈進行組合系泊時，對海洋牧場運動響應及系泊受力進行分析，結果見表10。
由表10可發現，在各個浪向角下，縱蕩運動依然最大，最大達到了12.39m，而其他自由度的運動極值變化不大。對比兩種系泊方式在設計工況下的數據，見表11。
由表10和表11數據可知，在生存工況下，2種系泊方案的系泊安全系數均達到規范要求。
從浮體位移的角度來看，組合式系泊方案下的海上牧場在各浪向角時的縱蕩位移要略大于純錨鏈系泊方案，其余自由度運動變化幅值上相差不大；而從系泊系統角度來看，組合式系泊方案的系泊張力安全系數要小于純錨鏈方案。綜合考慮，本文中的海上牧場建議使用純錨鏈系泊方案。
展開 3.2 生存工況結果分析
3.2.1 純錨鏈方案
生存工況下，海上牧場搭載的風力機和水輪機停止工作，只考慮海況對平臺和系泊系統的影響。海上牧場在純錨鏈系泊方案下，六自由度運動最大值統計和錨鏈最大張力計算結果見表9。
由表9可知，生存工況下，平臺除縱蕩以外的自由度變化較小，縱蕩方向的最大值為12.47m，橫蕩方向的最大值為3.1m，這是由于在縱蕩方向平臺受到波浪作用以及風力機水輪機受到風速流速作用共同影響；錨鏈最大張力為2037kN，安全系數為2.53，大于最小安全系數1.67，滿足要求。
生存工況下純錨鏈系泊方案在不同浪向時，平臺六自由度最大搖蕩時歷曲線見圖10。系泊系統發生最大張力的時歷曲線見圖11。
3.2.2 錨鏈-鋼纜-錨鏈方案
在使用錨鏈-鋼纜-錨鏈進行組合系泊時，對海洋牧場運動響應及系泊受力進行分析，結果見表10。
由表10可發現，在各個浪向角下，縱蕩運動依然最大，最大達到了12.39m，而其他自由度的運動極值變化不大。對比兩種系泊方式在設計工況下的數據，見表11。
由表10和表11數據可知，在生存工況下，2種系泊方案的系泊安全系數均達到規范要求。
從浮體位移的角度來看，組合式系泊方案下的海上牧場在各浪向角時的縱蕩位移要略大于純錨鏈系泊方案，其余自由度運動變化幅值上相差不大；而從系泊系統角度來看，組合式系泊方案的系泊張力安全系數要小于純錨鏈方案。綜合考慮，本文中的海上牧場建議使用純錨鏈系泊方案。
展開 除上述主要結構外，CALM系統上還配有其他附屬設備，如：絞車（為錨鏈提供預張力及進行水下軟管的安裝），錨鏈張緊設備（如起重滑車）；另外還有水下軟管吊裝框架，旋轉接頭吊臂，消防設備，導航設備如航海燈、霧號、太陽電池板、雷達等。
錨鏈的最新內容
系泊系統的布置情況如圖2所示,在每個邊立柱的底部設置3根系泊錨鏈,采用3×3的懸鏈線式系泊。
圖1 浮式風力機結構示意圖
?
圖2 浮式風力機系泊系統布置圖
水動力模型的建立
在AQWA中建立浮式基礎的水動力模型如圖3所示。
張亮等[8]將Spar平臺系泊改為包括錨鏈、重塊及彈性系泊的組合系泊，發現彈性系泊可有效降低平臺動態響應與系泊張力，且彈性系泊的位置對結果無明顯影響。趙永生等[9]針對漂浮式風力機可能遭遇到的極端惡劣海洋環境，通過極端載荷統計外推的方法得到了不同概率極端海況下張力腿平臺葉根受力情況。
船艏處以錨鏈與船艏正方向的夾角為錨泊角Ψ，船尾處以錨鏈與船艏負方向夾角為錨泊角Ψ。船左、右舷錨泊纜對稱布置。
1.3 錨鏈參數
圖1 錨泊角設置示意圖
艦船的系泊纜為單一成分纜，選用的材質為76mm直徑的鋼芯鋼纜，相關參數見表2。
表2 錨鏈參數
在軟件中，通過輸入導纜孔的位置、錨泊點的位置以及纜繩的長度，可建立纜繩的懸鏈線方程，從而給出纜繩預張力。
系泊系統中單個錨鏈總長為150 m,拖地長度為50 m,將導纜孔設計在浮體兩側設計吃水線處，本圓筒型浮式防波堤具體的錨鏈編號與錨泊布置如圖3。
漂浮錨固型OWC位于遠海海域, 設備體積較大, 用多條錨鏈將其系泊在海面, 保持設備整體基本不運動。雖然設備漂浮在海洋中, 但其工作時依靠其內部水柱的上下振蕩, 因此將其劃分為固定型OWC。由日本海洋科學技術中心建造部署到海上的大型OWC設備— — “ 海明” 號（Kaimei）, 屬于漂浮錨固型, 如圖5（a）所示。
其先根據錨鏈參數設計系泊系統，然后采用8根和12根不同的纜繩布置形式，研究其動力響應的差異。童波等[11]以工作水深為1500m的半潛式平臺為研究對象，設定了系泊纜直徑、長度、預張力角度等相關變量，從而進行平臺系泊系統的動態特性研究。該研究還以纜繩數量、纜繩布置角度為變量，進行了系泊系統的動力響應分析。
10、海洋工程結構分析：包括模擬海洋工程的特殊載荷，例如流載荷、浮力、慣性力；分析海洋工程的特殊結構，例如錨鏈、管道、電纜；模擬海洋工程的特殊連接，例如土壤/管柱連接、錨鏈/海床摩擦、管道/管道相對滑動。（ABAQUS/Aqua）
11、瞬態溫度/位移耦合分析：力學和熱響應耦合問題
12、疲勞分析：包括根據結構和材料的受載情況統計，進行疲勞壽命估計。
圖2 系泊系統主動控制結構
圖3 系泊系統被動控制結構
Aamo等提出了一種動態非線性系泊系統錨鏈張力PID主動控制器，通過調節纜線長度改變系泊系統回復力。
本文將對比純錨鏈方案和錨鏈-鋼纜-錨鏈組合式系泊方案，系泊材料參數見表3。
根據海洋牧場形式，浮體的固定系泊點設置在結構物浮箱底部，每個系泊點連接兩條錨鏈并與海底錨點連接。錨鏈對稱分布，并且兩兩平行。海域水深為100m。
還記得船舶錨鏈倉污水排放系統的結構嗎？在我印象中絕大多數船舶是通過消防水來提供排放動力的。如下圖所示：啟動消防泵后，再打開進、出水口控制閥，在單向截止閥的消防水一側由于水流急，形成了一定的真空，產生了一定的吸力，吸開單向截止閥，進一步吸出錨鏈污水，跟隨消防水一起排出舷外。消防水壓力越大，產生的吸力就越大。
