详情

原文传递冰区航行船舶螺旋桨强度研究

论文题名：	冰区航行船舶螺旋桨强度研究
关键词：	流固耦合;螺旋桨强度;冰区船舶;网格建模
摘要：	随着北极航道的通航和极地油气资源的开发利用，冰区船舶的重要性正与日俱增，而对于冰区船舶来说，海冰的存在是危害船舶航行安全的一项重要隐患。因此，研究海冰影响下船舶螺旋桨强度问题对确保船舶冰区航行条件下的可靠性与安全性有着重要而深远的意义。　　本文根据冰区航行条件下海冰与螺旋桨之间的不同相互作用形式，对各种工况下螺旋桨的载荷分布及其影响因素进行了分析，为冰区航行船舶螺旋桨的设计和加强提供指导。　　文章首先对国际船级社协会（IACS）的冰级规范进行了整理，采用规范给出的螺旋桨载荷计算公式求得了螺旋桨的设计载荷，并根据规范给定的五种工况对螺旋桨分别加载，对螺旋桨的强度进行了分析校核。　　为了更进一步分析冰区航行条件下螺旋桨载荷的影响因素，本文分别对冰桨非接触、碰撞和铣削三种工况下螺旋桨载荷的影响参数进行了分析。借由ANSYS Workbench对冰桨非接触条件下的螺旋桨载荷情况进行了流固耦合求解。对于螺旋桨的敞水工况，本文采用由CFD向CSD传递表面压力的弱流固耦合求解方法，并借由Fluent的多重参考系方法（MRF）实现桨叶的旋转。对于阻塞工况下的螺旋桨性能，本文采用动网格方法实现了对阻塞条件下螺旋桨旋转的模拟，并通过双向流固耦合方法计算得到了螺旋桨的水动力性能和结构受力。　　通过对非接触工况下冰桨相互作用的计算分析，本文给出了海冰阻塞效应对螺旋桨性能的影响及其变化趋势，并对比敞水工况下的螺旋桨水动力性能计算结果，指出了阻塞效应对于螺旋桨的危害。　　对于碰撞和铣削两种冰桨接触工况，本文采用LS-DYNA软件对冰桨流相互作用下的螺旋桨载荷问题进行了流固耦合分析。通过采用欧拉-拉格朗日耦合方法，本文对冰桨接触工况下的螺旋桨和海冰采用拉格朗日网格进行建模，对流场采用欧拉网格建模，从而得以对结构体碰撞载荷与水动力载荷同时进行求解。另外，通过欧拉网格与拉格朗日网格间的接触判定实现了水动力载荷向结构体的传递，进而实现了冰、桨、流三者共同作用下螺旋桨载荷的计算。　　通过对比分析不同工况下的计算结果，本文分析了螺旋桨抽吸作用影响下海冰的运动规律，分析了海冰位置变化对冰桨接触力的影响。此外，对不同螺旋桨转速和海冰尺寸下螺旋桨载荷的计算结果的分析还揭示了不同的螺旋桨运转参数、海冰尺寸等因素对螺旋桨应力分布的影响规律，为冰级桨强度的评估提供了参考，对冰级桨的设计有着指导性意义。
作者：	孙文林
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	黄胜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文