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基于流固耦合的复合材料螺旋桨性能研究
| 论文题名： | 基于流固耦合的复合材料螺旋桨性能研究 |
| 关键词： | 复合材料;螺旋桨;水动力性能;流固耦合;优化设计 |
| 摘要： | 复合材料螺旋桨作为一种新型的推进器，在船舶节能减排方面的作用日益为人们所重视。利用复合材料螺旋桨的可设计性，通过合理安排桨叶的纤维方向和铺层顺序，可以使螺旋桨桨叶在水动力载荷作用下产生有利于水动力性能的变形。由于复合材料螺旋桨的特性，造成传统的模型水池试验成本高、周期长，而 CFD数值模拟无法考虑到桨叶变形对螺旋桨水动力性能的影响，故需使用更接近物理现象本身的流固耦合方法对复合螺旋桨进行研究分析。本文根据螺旋桨理论，结合计算流体力学方法和结构有限元方法，建立了敞水状态下螺旋桨的流固耦合数值模拟方法，在此基础上完成了复合材料螺旋桨的数值计算方法，主要的内容如下： 阐明了流固耦合作用对研究不同材料螺旋桨的重要性，对螺旋桨流固耦合数值计算中所需的计算流体动力学相关理论、结构有限元相关理论以及流固耦合相关理论进行了整理研究。 将基于粘流理论的计算流体动力学方法与结构有限元分析方法相结合，构建了螺旋桨流固耦合数值方法，将该方法与传统的CFD方法进行计算比较分析，从多角度验证了该方法的可靠性。 运用建立的螺旋桨流固耦合数值计算方法，不考虑材料的各向异性，对不同材料螺旋桨进行了数值计算，对典型工况下各螺旋桨变形、水动力性能、桨叶等效应力分布及尾流场进行了比较分析；对材料的主要参数进行变参数分析，观察材料主要参数对典型工况下螺旋桨效率的影响。 运用复合材料分析模块构建复合材料螺旋桨铺层结构，结合流固耦合数值方法建立了复合材料螺旋桨流固耦合数值计算方法，并对三种典型的复合材料铺层形式螺旋桨进行了数值计算，比较分析了三种形式下不同铺层角度复合材料对螺旋桨水动力性能的影响，为复合材料螺旋桨的铺层结构设计提供一定依据。 根据以上研究，阐明了本文所建立流固耦合数值方法在复合材料螺旋桨研究方面的独特优势，总结了不同材料对螺旋桨水动力性能的影响，为复合材料螺旋桨的优化设计提供了广泛适用的方法。 |
| 作者： | 陈广杰 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 常欣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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