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复合材料螺旋桨流固耦合特性研究
| 论文题名： | 复合材料螺旋桨流固耦合特性研究 |
| 关键词： | 水动力性能;复合材料;螺旋桨;流固耦合;铺层设计;应力分布 |
| 摘要： | 螺旋桨作为船舶的主要推进装置,与其他类型推进装置相比,其推进效率高。 近年来,复合材料螺旋桨研究成为热点,受到广泛关注。本文主要分析了均匀来流情况下,复合材料螺旋桨的水动力性能和变形、应力分布等性能,结合计算流体力学方法和有限元法,提出了一种计算复合材料螺旋桨流固耦合问题的数值方法。 在回顾和总结国内外关于复合材料螺旋桨研究工作的基础上,本论文采用流固耦合数值模拟方法,研究复合材料桨的流固耦合特性。 在第三章中,采用脱体涡模拟(DES)和雷诺平均方法(RANS)模拟螺旋桨水动力性能,采用不同网格密度研究了模型的网格依赖性,获得详尽水动力信息,并对两种湍流模型的计算结果进行比较。结果表明:在较低进速系数情况下,由于流动存在分离,采用DES方法能获得比RANS方法更为准确的计算结果;而在其他进速系数情况下, DES方法和RANS方法的计算精度相当,但是DES方法可以获得比RANS方法更为精细的流动信息,更能真实反应流动的复杂特征 在第四章中,将计算流体力学方法和有限元方法相结合,对VP1304复合材料螺旋桨非定常流固耦合性能进行研究,设计三种不同复合材料铺层,并分析不同铺层设计对螺旋桨水动力性能、压力分布、桨叶变形和应力分布信息等的影响规律。结果表明,复合材料螺旋桨敞水性能与刚性螺旋桨基本接近,但由于复合材料密度较金属材料为小,复合材料螺旋桨减重明显。考虑到大侧斜的螺旋桨桨叶更容易产生大的变形,对螺旋桨性能影响更明显。对72度大侧斜螺旋桨 DTNSRDC4383进行复合材料铺层设计,并进行流固耦合性能进行研究。考虑正交对称铺层和±45°均衡对称两种铺层方式,计算并对比分析了二者的水动力性能、尾流场特性、几何变形规律以及应力分布特征等问题。计算结果表明:复合材料螺旋桨水动力性能要优于刚性桨,两种铺层方式复合材料螺旋桨性能各有优劣。 |
| 作者： | 李果 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 李巍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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