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复合材料螺旋桨流固耦合分析研究
| 论文题名： | 复合材料螺旋桨流固耦合分析研究 |
| 关键词： | 船舶工程;复合材料螺旋桨;流固耦合分析;计算流体力学 |
| 摘要： | 随着复合材料市场在全球范围内的迅速发展，船用复合材料螺旋桨也吸引了越来越多的关注。但是相对于金属螺旋桨，复合材料螺旋桨的设计仍有待改进。本论文利用有限元方法以及计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，简称为CFD)分析研究复合材料的使用对螺旋桨性能的影响以及如何利用复合材料的特性进一步加强螺旋桨的性能。 由于吊舱螺旋桨与传统螺旋桨推进方式相比在船舶设计、制造及维修等方面有很多优势，故本文选取的研究对象为一吊舱螺旋桨。首先，本论文采用ANSYS-CFX软件对四叶吊舱螺旋桨的水动力性能进行模拟计算。通过和实验研究数据的对比分析，来验证CFD模拟分析的可靠性。最后选取了与实验数据总体趋势最为吻合且误差较小的Shear stress transport(SST)湍流模型进行接下来的水动力学研究。 为了分析讨论吊舱体对吊舱螺旋桨的影响，本文专门针对含有吊舱体的螺旋桨进行了水动力学分析。研究发现吊舱体对螺旋桨的水动力学性能几乎没有影响。 接下来，利用ANSYS-Workbench对金属材质的该螺旋桨进行双向流固耦合模拟，在此平台上通过结构模块和流体模块在每个时间步长下进行迭代耦合分析，对各项同性材料螺旋桨进行双向流固耦合问题研究，本文选用铜质螺旋桨，经过流固耦合模拟计算后发现，桨叶变形量较小，最大变形为12.3 mm，而且变形对螺旋桨的水动力性能影响很小，可以忽略不计。 最后，重点对复合材料螺旋桨进行了双向流固耦合模拟分析。在复合材料铺层设计中，本文采用ANSYS-ACP模块建立复合材料螺旋桨实体模型，然后再利用上述双向流固耦合方法分析研究了复合材料螺旋桨最终产生的变形以及对其水动力性能的影响。经计算得到，桨叶最大变形在叶稍处，为36.147 mm。而且通过后处理发现，复合材料螺旋桨的没有出现金属桨应力集中的现象，应力分布比较分散，由此也可见复合材料的各向异性的优势。 |
| 作者： | 王丹 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王大政 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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