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原文传递霍尔锚性能分析及改进设计

论文题名：	霍尔锚性能分析及改进设计
关键词：	霍尔锚;船锚性能;拉锚抓力;疲劳强度;优化设计
摘要：	霍尔锚是普通无杆锚，其抓力是自身重量的3到5倍，由于出色的性能被广泛应用于船舶首锚。船舶在停靠时，需要将船锚抛入水中，以稳定船舶，因此船锚的性能直接影响到船舶的安全。霍尔锚应用广泛，其性能好坏与船舶安全息息相关。本文旨在对经典霍尔锚的强度、疲劳等性能等进行全面了解，并在仿生设计思想的指导下，针对经典霍尔锚的缺点进行优化设计，并将设计结果的强度、疲劳等与经典霍尔锚进行对比分析，最后对设计结果进行铸造仿真分析，为发展锚类优化设计具有重要意义。本文主要研究内容如下：　　（1）基于abaqus有限元分析软件，和femfat疲劳分析软件对霍尔锚有限元模型进行强度分析和疲劳特性分析。结果表明，霍尔锚的强度和疲劳特性均满足近代船舶的使用要求。　　（2）基于CEL耦合方法，并利用abaqus软件对霍尔锚在软土条件下的拉锚抓力和拔锚抓力进行仿真计算，并结合理论计算方法，将仿真结果和理论计算结果进行对比分析。结果表明，霍尔锚在软土条件下的拉锚抓力是自身重量的5倍左右，但是抓力剧烈波动，需要进一步优化；拉锚初期形成的凹坑易造成走锚，此时间段内拉锚时应控制拉锚速度，降低拉锚力度；霍尔锚软土条件下的拔锚抓力在理论解值上下波动，更能反映拔锚时的真实情况。　　（3）针对霍尔锚锚冠面积过大，在锚继续深入泥土中起阻碍作用的缺点，结合船锚经典结构及其作用，并参考孔鳐噬土的生物学特性，对霍尔锚开展仿生改进设计，并将设计结构的强度、疲劳等性能与经典霍尔锚进行对比分析。结果表明，仿生设计结果的强度和疲劳特性优于经典结构，仿生设计结果拉锚抓力的平稳性优于经典结构，且拔锚抓力的特性也优于经典结构。　　（4）基于magma铸造仿真软件，结合霍尔锚现有铸造工艺，对仿孔鳐型霍尔锚进行铸造仿真分析，并基于铸造仿真结果对现有铸造工艺进行优化，最后将铸造工艺优化前后的仿真结果进行对比分析。结果表明，仿孔鳐型霍尔锚的浇注系统应该包含两个入料口，并呈对称分布；在锚冠部位的薄壁处应该添加内浇道，以防止填充不满的现象；锚爪两侧的平衡翼不应与锚爪一起铸造，应在铸造完成之后进行焊接。
作者：	李金泰
专业：	机械工程
导师：	唐文献;张建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文