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1、江苏科技大学(原华东船舶工业学院)1、锚链疲劳载荷计算方法 1.1 用有限元分析软件ANSYS进行静载荷, 计算模型选用实体单元. 因为单个锚链实体和所受到的载荷是关于X轴方向对称, 所以取半个锚链进行计算、 实体被划分为75421四角形单元(如图1，取平行于锚链长轴方向为X方向)。 根据计算需要对称体在截面处X方向加约束，并且截面上的一个节点在X-，Y-，Z-方向均加约束。载荷看作为均布载荷在直径为 25.52 mm的面上。 半径计算为： R=12.76mm其中：E1=E2=210000N/mm2=2.11011Pa= =0.3= + = 则=147/4；1.2 仅做线性计算，既不考虑材料非
2、线性也不考虑几何非线性计算。1.3 疲劳寿命计算基于 Miner线性累积疲劳准则（即曼耐尔疲劳损伤积累假说）计算的指数方程为：其中： N循环次数-应力变化范围m-S/N曲线关于对数横坐标下的斜率 ，m 取为3.36a-方程的实常数, 由实验获得, loga （以10为底a的对数）取为13.6451寿命损伤率： 其中：ni-各 对应的积累循环次数（实际情况下的） Ni-各 对应的材料发生疲劳破坏时极限循环次数据Miner疲劳准则材料达到疲劳失效时，总疲劳寿命损伤率：=1意味着, 如果 D1,已经失效, 如果 D1,失效还没发生（还没达到疲劳寿命极限）.取0.3倍的最小破断载荷作为平均拉力, 12
3、4210.3=3726 KN. 取 372650 KN(或 3676 KN和3776 KN)作为计算 S/L值的载荷范围 ，用在3676 KN 和3776 KN下的锚链最大主应力的差值计算得到应力-载荷比值S/L,S/L=0.080508815S/L乘以载荷变化范围得到应力变化范围, =S/L。由得到各的值。由得到疲劳寿命损伤率。其中载荷加载频谱（实际的）由镇江锚链厂提供, 可以得到每年的累积损伤率 和200年的总的累积疲劳损伤率。2. 计算结果2.1 静力有限元分析 图2.12.2 表示在试验载荷（proof-load 8695KN）下的体应力。图3.1-3.2表示在最小断裂载荷（minim
4、um breaking load 12421KN）下的体应力。. 图 4表示在单位载荷（unit load 100KN）下的应力在锚链的加载区域加载8695 KN 时最大的体应力26300 Mpa. 除了加载区域之外，最大的体应力在 圆弧的连接处的截面上为868Mpa.在锚链的加载区域加载12421 KN 时最大的体应力37500Mpa. 除了加载区域之外，最大的体应力在 圆弧的连接处的截面上为1270Mpa.这些结果表示在试验载荷（proof-load 8695KN）和最小断裂载荷（minimum breaking load 12421KN）下的体应力都超过材料的强度极限860 Mpa. 但
5、是这些是线性计算的结果。事实上，高的应力将随着局部塑性变形而减小。根据同种材料相似结构的非线性分析，在最小破断载荷下，只有局部塑性变形而不会发生失效。 塑性变形的区域比 R3 钢的锚链大。2.2 疲劳寿命分析基于二次开发，计算疲劳极限值，并计算各应力水平的疲劳损伤度，得到累积疲劳损伤率小于1，从表2中可以看出，200年的累积疲劳损伤率小于1，因此，没有疲劳失效发生。3. 结论3.1 在这篇报告中，锚链环 (SE)的应力和疲劳寿命已经被分析和计算出，锚链环可以承受最小断裂载荷（ minimum breaking load.）。3.2 前面提及的锚链的疲劳寿命远远超过200年。图1实体划分网格 (
6、取平行于锚链长轴方向为X方向根据计算需要对称体在截面处X方向加约束，并且截面上的一个节点在X-，Y-，Z-方向均加约束) 图2.1 Proof load 8695 KN 图2.2 Proof load 8695 KN图3.1 Minimum Breaking Load 12421 KN图3.1 Minimum Breaking Load 12421 KN 图 4 Unit Load (100 KN)Table 1Log(a)13.6451m3.36应力/载荷（Stress/Load S/L）0.0805088(Mpa/KN)设计寿命（Designed life ）20(Year)安全系数（Sa
7、fety factor） 10Table 2载荷范围Load Range(KN)疲劳计算载荷范围Load Range in fatigue Calculation(KN)应力范围Stress range(Mpa)疲劳破坏时极限循环次数NO.of Cycle to Fatigue Ni实际每年循环次数Actual NO. of Cycle/1 year每年损伤率Damage Degree/1 year0-22221.776.47E+1237971955.87E-722-44443.546.30E+119533771.51E-644-67675.391.53E+111902801.24E-667-
8、89897.175.91E+10538719.11E-789-11111180942.81E+10176816.29E-7111-13313310.711.53E+1063854.17E-7133-15615612.568.97E+925862.88E-7156-17817814.335.76E+912042.09E-7178-20020016.103.89E+96451.66E-7200-22222217.872.74E+93941.44E-7222-24524519.721.97E+92661.35E-7245-26726721.501.47E+91901.29E-7267-2892892
9、3.271.13E+91491.32E-7289-31131125.048.83E+81111.26E-7311-33433426.896.95E+8871.25E-7334-35635628.665.61E+8721.28E-7356-37837830.434.58E+8561.22E-7378-40040032.203.79E+8451.19E-7400-42342334.063.14E+8351.11E-7423-44544535.832.65E+8301.13E-7445-46746735.602.25E+8241.06E-7467-48948939.371.93E+8211.09E-
10、7489-51251241.221.65E+8169.68E-8512-53453442.991.44E+8139.06E-8534-55655644.761.25E+8107.98E-8556-57857846.531.10E+887.27E-8578-60160148.399.65E+755.18E-8601-62362350.158.55E+744.68E-8623-64564551.937.61E+745.26E-8645-66766753.706.80E+722.94E-8667-68968955.476.10E+723.28E-8689-71271257.325.46E+711.8
11、3E-8712-73473459.094.93E+712.03E-8734-75675660.864.46E+712.24E-8756-77877862.644.05E+700778-80180164.493.68E+700801-82382366.263.36E+700载荷范围Load Range(KN)疲劳计算载荷范围Load Range In fatigue Calculation(KN)应力范围Stress range(Mpa)疲劳破坏时极限循环次数NO.of Cycle to Fatigue Ni实际每年循环次数Actual NO. of Cycle/1 year每年损伤率Damag
12、e Degree/1 year823-84584568.033.07E+700845-86786769.802.82E+700867-89089071.652.58E+700890-91291273.422.38E+700912-93493475.202.19E+700934-95695676.972.03E+700956-97997978.821.87E+700979-1001100180.591.74E+7001001-1023102382.361.61E+700总和Summed-50247718.175183867E-06Table 3锚链Anchor ChainSE总的每年损伤率Total damage degree/year8.175183867E-06设计寿命安全系数Designed life* Safety factor200总的损伤率Total damage degree1.635036773E-03 判断 Judgment接受Acceptable 疲劳损伤率Fatigue damage degreeD18
