錨鏈的案例
ANSYS錨鏈非線性接觸分析工程實例
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 航母的船錨到底有多重？使用時該如何收放？
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
STAR-CCM+系泊問題：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
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 ANSYS AQWA系泊分析：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
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 
CALM式單點系泊系統型簡介
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。
動態圖文 泊船之錨
連接船舶與錨的鐵鏈叫做錨鏈，由許多鋼鐵制成的橢圓形鏈環連接而成。
拋錨
拋錨過程
巨大的船體能夠在大風大浪中不發生漂流，這是由于錨嚙入海底產生抓力，以及錨鏈橫拉在水底產生的摩擦力，二者共同作用的結果。
受力圖
錨在水中的受力
錨的抓力加上錨鏈與地面的的摩擦力的合力大于船體受到的外力，船舶就能安全地停泊在風浪中，受力示意圖如下：
提高拋錨效果
措施有哪些？
為了達到更好的拋錨效果，有兩個方面的措施：
1，使用更大抓力效果的錨設備；
2，增加錨鏈的長度，保證錨鏈的重量，提高錨鏈與地面間的摩擦力。
本文來源公眾號：船舶知識科普
展開 單點系泊系統基本設計方法概述
圖3 轉臺結構示意圖
（3）系泊纜及錨鏈
系泊系統包括系泊器和系泊纜兩部分。系泊器固定在轉臺邊緣，與系泊纜通過單向接頭相連，系泊纜另一端固定在船上。
圖4 系泊系統示意圖
錨泊系統包括止鏈器、錨鏈、錨樁。通常浮體結構通過均勻布置的6 ~ 8根錨鏈固定。
系泊纜及錨鏈設計過程中主要考慮以下內容：
布置與選型，通常根據水深選擇錨鏈形式，根據油輪噸級設計系泊纜參數
采用耦合分析方法（考慮錨鏈、浮筒和船舶的相互作用）對強度及疲勞進行校核，目前常用的系泊分析軟件包括Araine，Aqwa，Moses，Orcaflex和Sesam等
（4）防腐
防腐設計主要包括涂裝和陰極保護：
根據不同結構的腐蝕程度劃分區域進行涂裝工藝設計
在水面以下的浮筒結構上通過栓接型式安裝犧牲陽極，以便于保護水下結構和定期更換
腐蝕裕量的計算通常依照ABS相關規范
3 單點系泊系統優勢
（1）建造周期短，投資成本低
長距離海上油氣集輸作業以油輪運輸為主，建造用于油輪裝卸的深水固定式碼頭通常需要較高的投資成本和長建造周期。而單點系泊系統的投資費用相對較低，通常為同等作業能力固定設施的30% ~ 50%。
展開 船舶坐淺抗臺法！PSCO告訴你無法及時躲避臺風時，如何在臺風中“坐穩”！
2、船舶密度度大
臺風來臨前，停靠在碼頭的船舶都會被要求離開碼頭，很多船舶選擇在碼頭附近的錨地拋錨，據相關資料統計，每次臺風來臨之前，錨地都是超負荷的錨泊船舶，可謂見縫插針，在臺風天氣，一旦有船舶走錨或錨鏈斷裂，船舶之間的碰撞將會發生連鎖反應，資料顯示，船舶在臺風天氣走錨或錨鏈斷裂的案例司空見慣。
3、拋錨方法的缺陷性
拋錨方法有拋單錨和拋雙錨之分，業界不少人認為，船舶拋錨抗臺時拋雙錨比較好，拋雙錨又可分為：平行錨、一字錨、八字錨、一點錨等，筆者在船工作時對以上拋雙錨的方法都有過研究和實踐(但不是在臺風天氣)，實踐證明，無論哪一種拋雙錨方法，只有一根錨鏈受力，理論研究拋雙錨才是兩根錨鏈同時受力，而且拋雙錨還有一個最大的缺點，臺風中心過境前后，風向會發生改變，會造成不同的錨鏈受力，容易發生走錨和錨鏈互相纏繞的安全隱患。
4、船長的拋錨習慣有待改正
在筆者的航海和檢查生涯中發現，有70%的船長喜歡用左錨，也就是說，有70%的右錨長時間沒有使用過，長時間沒有使用的右錨錨鏈及其棄鏈器極易生銹，這就是在大風浪及臺風天氣，錨鏈容易斷裂和丟錨地原因；船長拋錨良好船藝的運用，就是循環交替拋左右錨，而不是憑“愛好”專拋左錨或右錨。
展開 拉錨計算機模擬試驗與錨唇生產設計
0 引言
船舶收放錨的運動軌跡是一個十分復雜的過程，是影響船舶航行安全非常重要的項目，若錨鏈筒和錨唇的設計與錨系選型匹配不當，當錨在被拉緊之前可能出現的異常情況以及導致的不良影響。
目前國內各船廠采用的方法是通過反復制作木模進行拉錨試驗，根據試驗結果對錨鏈筒、錨臺和錨唇的位置和形狀進行修正，直達到理想的效果。每次調整設計結果后，都必須重新制造木模，要消耗大約五立方米的木材和大量的人力和時間。因此，采用虛擬樣機技術確定錨鏈筒的位置和錨唇形狀，從而擺脫拉錨試驗，其經濟效益是可觀的。
如何提高錨系的優化選型及錨唇的結構優化設計的效率，是當前船舶錨系方案設計所面臨的重要問題。本研究根據當前船舶錨系生產和設計中所存在問題的基礎上，利用UG軟件提供的強大的輔助設計和分析功能作為仿真開發平臺。在建立三維模型的基礎上，采用虛擬樣機仿真技術，并以5000 Cars PCTC的錨系為例，對大抓力錨和錨唇的貼合狀態進行CAE運動仿真試驗研究，根據計算機仿真分析結果修改錨系設計，從而代替制作木模進行模擬拉錨確定設計方案。
[forum.simwe.com]錨鏈筒及錨臺計算機輔助放樣系統.pdf
[forum.simwe.com]船舶錨系三維建模及拉錨試驗的仿真分析.pdf
[forum.simwe.com]劉志強——基于UG二次開發的船舶錨系優化設計與拉錨試驗仿真分析.pdf
展開 天天泡在海里的渡船，還用洗澡么？
當然是螺旋漿啦
這個大家伙
直徑3.6米，重5.5噸
它的拆卸、安裝要求極高
稍有閃失
便會影響渡船航行速度
如果槳葉有裂紋或邊緣有微微缺口
航行時巨大的推力及海水壓力
會影響它的使用壽命
為了保證檢修質量，看師傅們多仔細
保養第五步：錨鏈的維護
看完渡船“洗澡”“拔罐”“美容”
小編再帶你看看
卸下來的錨鏈是什么樣子
當渡船遇到8級及以上的大風天氣
就需要停航
渡船在錨地避風的時候
將錨鏈放下來固定船身
錨鏈有12節
每節長度27.5米
總長度300多米
工人們需要將附著在錨鏈上的
海洋生物及銹蝕部分進行清潔
并重新粉刷油漆
從駛進船塢到再次駛入大海
大約需要經過10—15天的時間
一艘美美的渡船
就可以再次美美地啟航啦
來源：中國鐵路
展開 基于AQWA的圓筒型浮式防波堤波浪運動響應分析（上）
表1 浮式防波堤主要參數
參數
取值
參數
取值
浮體長/m
30
浮筒直徑/m
8
浮體高/m
8
橫撐寬度/m
2
浮體寬/m
20
X軸轉動慣量/(kg·m2)
1.47×108
設計吃水/m
4
Y軸轉動慣量/(kg·m2)
2.02×108
重量/N
1.78×106
Z軸轉動慣量/(kg·m2)
7.05×107
圖1 圓筒型防波堤模型
圖2 模型幾何尺寸(單位：m)
2.2 系泊系統設計
浮式防波堤常用的系泊形式有錨鏈錨泊和垂直倒樁錨泊，其中錨鏈錨泊又分為懸鏈線式、張緊式、半張緊式等不同類型[16]16]。筆者所研究的圓筒型浮式防波堤工作海域水深擬定為60 m,屬于淺海水域。依據大量工程實例，懸鏈線式的系泊方式適用于淺水作業海域，故文中采取6根系泊纜索的懸鏈線式系泊方式。系泊纜索采用150 m的布錨半徑，每根系泊纜采用材質為76 mm的單一鋼芯鋼纜，纜繩具體參數如表2。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。
展開 
ABAQUS 6.6產品主要分析功能
ABAQUS 6.6產品主要分析功能
◇靜態應力 / 位移分析
包括線性，材料和幾何非線性，以及結構斷裂分析等
◇動態分析
包括結構固有頻率的提取，瞬態響應分析，穩態響應分析，以及隨機響應分析等
◇粘彈性 / 粘塑性響應分析
粘彈性 / 粘塑性材料結構的響應分析
◇熱傳導分析
傳導，輻射和對流的瞬態或穩態分析
◇質量擴散分析
靜水壓力造成的質量擴散和滲流分析等
◇耦合分析
熱 / 力耦合，熱 / 電耦合，壓 / 電耦合，流 / 力耦合，聲 / 力耦合等
◇非線性動態應力 / 位移分析
可以模擬各種隨時間變化的大位移、接觸分析等
◇瞬態溫度 / 位移耦合分析
解決力學和熱響應及其耦合問題
◇準靜態分析
應用顯式積分方法求解靜態和沖壓等準靜態問題
◇退火成型過程分析
可以對材料退火熱處理過程進行模擬
◇海洋工程結構分析
對海洋工程的特殊載荷如流載荷、浮力、慣性力等進行模擬
對海洋工程的特殊結構如錨鏈、管道、電纜等進行模擬
對海洋工程的特殊的連接，如土壤 / 管柱連接、錨鏈 / 海床摩擦、管道 / 管道相對滑動等進行模擬
◇水下沖擊分析
對沖擊載荷作用下的水下結構進行分析
◇疲勞分析
根據結構和材料的受載情況統計進行生存力分析和疲勞壽命預估
◇設計靈敏度分析
對結構參數進行靈敏度分析并據此進行結構的優化設計
ABAQUS 軟件除具有上述常規和特殊的分析功能外，在材料模型，單元，載荷、約束及連接等方面也功能強大并各具特點：
◇材料模型
定義了多種材料本構關系及失效準則模型，包括：
- 彈性：
線彈性，可以定義材料的模量、泊松比等彈性特性
正交各向異性，具有多種典型失效理論，用于復合材料結構分析
多孔結構彈性，用于模擬土壤和可擠壓泡沫的彈性行為
亞彈性，可以考慮應變對模量的影響
超彈性，可以模擬橡膠類材料的大應變影響
展開 基于AQWA的救撈作業場錨泊分析
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。
1.4 浪向角及環境參數
救撈作業場在海上的運動響應的形式取決于艦船艏向與風浪流之間的夾角，簡稱浪向角。該文規定當風浪流與船艏方向一致時浪向角為0°，當風浪流與船艏方向相反時浪向角為180°。由于船舶結構是左右對稱的，該文僅考慮風浪流的同向作用，因此僅考慮浪向角0°～180°即可。
環境參數選擇四級海況，風浪流等環境參數見表3，波浪環境不規則波采用JONSWAP譜，風環境采用NPD風譜。
表3 海洋環境參數
2 頻域計算結果及驗證
不規則的海浪可以簡化為無數個頻率、方向和波幅不同的規則波疊加[5]，因此對艦船的靜水力結果和規則波中的頻域進行了計算，通過頻域分析可以得到模型在不同頻率規則波下的運動響應幅值算子，為后續時域錨泊計算做鋪墊[1]。
2.1 靜水力參數
該文對作業場進行了靜水力計算，計算結果見表4。計算排水量與實際艦船排水量誤差結果為2%，表明靜水力計算結果比較準確。
表4 靜水力計算結果
2.2 響應幅值算子
搖蕩響應幅值算子即單位規則波下艦船的運動幅值。AQWA軟件對艦船的橫搖、艏搖、縱搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩6個自由度下隨不同頻率規則波的搖蕩幅值算子定義如公式（1）所示[6]。
式中：Yyζ（ω）為艦船的響應幅值算子；ζA為波幅；YA（ω）為艦船的運動幅值。
展開 汛期船舶安全航行注意事項
1、船舶在洪水期要及時檢查錨、錨鏈等錨泊設備，錨泊時應拋足錨鏈，必要時可拋雙錨，同時應加強值班，確保不發生走錨險情。
2、洪水期岸坪被淹沒，應行駛于航標標示的航道內，不可因貪緩流而過分靠近堤岸行駛，以免發生擱淺、觸礁等事故。
3、船舶在經過水流流速與航道夾角較大的水域時，要謹慎駕駛，不可出角過大，避免發生船舶倒頭事故。
4、禁止船舶淌航。洪水期水流流速大，淌航易造成船舶失控而發生事故。
5、船舶經過彎曲航道的岸咀、磧壩、磯頭等的下方時，要注意不正常水流，下行船舶防止落灣，上行船舶不可過分深入回流區，以防在駛出回流時造成打張倒頭。
6、船舶要注意洪水期江面漂流的浮木、渣草等，以防浮木打損車葉，渣草堵塞船底閥門。
7、船舶經過橋區水域、施工水域時，要注意與橋墩和施工設施保持一定的橫距，避免因橫流影響而發生觸碰事故。
8、船舶在通過大橋、架空電纜等跨江建筑和設施時，要提前精確計算本船水線以上高度與跨江建筑物凈空高度的關系，確保船舶順利通過而不發生觸碰事故。
9、洪水期水流流速增大，上行船舶可根據航經水域水流情況合理配載，砂石船舶在裝載時應打尖平艙，嚴禁超載運輸。
10、非船員及船員家屬未經水上專業技能培訓，水上求生能力較弱，盡量不要讓其隨船。
11、駕引人員應加強了望，謹慎操作。
展開 CALM式單點系泊系統型簡介
為防止浮筒隨海浪遠距離漂移，用數根錨鏈將其與海床相連，這樣浮筒既可在一定范圍內隨風浪流漂浮移動，增加緩沖作用，減少與巨輪間發生碰撞的危險，又不至于隨海浪漂走。
CALM系統分為Bogey Wheel CALM、Turntable CALM及Turret CALM三種類型。Bogey Wheel CALM包括浮筒及轉盤結構等，浮筒中部為月池；浮筒上方的滾輪軌道上安裝有可旋轉的轉盤，使油輪可以繞浮筒旋轉，這種型式的CALM只有一個軸承，并且軸承同時作為受力構件，容易損壞因而需要經常更換。
Turret CALM包括兩個主要部分：固定不動的轉塔及可旋轉的浮筒。轉塔位于浮筒中部的月池內，并形成一個封閉的艙室，內部可以放置海底管匯的閥門遙控裝置等。油輪上的系泊纜與浮筒下方的錨泊支架相連，因此系泊纜荷載可以直接傳遞到浮筒上。由于Turret CALM是BLUEWATER公司開發的專利產品，因此限制了它的應用范圍。
目前應用較多的是Turntable CALM，其基本型式與Bogey Wheel CALM相似，但它用滾動軸承代替軌道；同時，轉盤可以將系泊纜上的荷載傳到浮筒結構, 最終傳到錨鏈腿上，從而延長了軸承的壽命。
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