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。