船用复合材料螺旋桨性能预报及优化设计

发布时间：2017-04-25 19:00

  本文关键词：船用复合材料螺旋桨性能预报及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，复合材料船用螺旋桨作为一种新型推进器，由于其优良的声学性能，较轻的桨叶质量以及独特的可设计性，，得到了军事与民用船艇领域的重视但是复合材料螺旋桨工作时变形较大，对水动力性能的影响不可忽略，因此考虑桨叶变形影响的性能分析和结构设计是目前研究的热点和难点之前的研究对象局限于单向纤维复合材料螺旋桨，对编织纤维复合材料螺旋桨的研究较少，且缺少对纤维体积分数的影响研究和对性能预报方法的介绍 本文通过分析编织纤维复合材料螺旋桨的结构特点，结合螺旋桨性能预报的升力面方法和复合材料结构有限元分析方法，完成了复合材料螺旋桨的参数化建模和水动力性能预报的工具开发并在此基础上结合螺旋桨设计理论，采用三级结构优化设计方法，实现了复合材料螺旋桨的结构优化设计具体内容如下： 详细介绍了复合材料螺旋桨的建模方法，并与试验结果进行了对比，证明了方法的有效性通过对编织复合材料螺旋桨的结构特点进行分析，揭示了编织纤维复合材料螺旋桨与传统金属螺旋桨和单向纤维复合材料螺旋桨的差异，表明编织纤维复合材料螺旋桨在水动力性能预报时，桨叶变形不可忽略 使用MATLAB编程，开发了VLM/FEM复合材料螺旋桨的敞水性能预报工具，且对该工具的开发流程和方法进行了详细介绍，并藉由该工具对某复合材料螺旋桨进行验证分析，通过比较计算结果证明其准确性 基于开发的性能预报工具，对编织复合材料螺旋桨采用三级结构优化设计方法，先优化桨叶铺层角度，再优化桨叶体积分数，最后使用预变形设计，最终完成了对桨叶水动力性能和质量的优化
【关键词】：船用复合材料螺旋桨 编织纤维 VLM/FEM耦合分析 工具开发 性能预报 优化设计
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U664.33
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.2 复合材料螺旋桨的应用14-17
• 1.2.1 复合材料螺旋桨在军事领域的应用14-15
• 1.2.2 复合材料螺旋桨在民用领域的应用15-17
• 1.3 复合材料螺旋桨国内外研究状况与进展17-20
• 1.3.1 复合材料螺旋桨的性能研究17-18
• 1.3.2 复合材料螺旋桨的优化设计方法研究18-20
• 1.4 本文主要研究内容20-23
• 第二章 基本理论与分析方法23-33
• 2.1 螺旋桨的几何描述23-26
• 2.2 复合材料螺旋桨性能预报理论26-28
• 2.2.1 螺旋桨性能预报的升力面法26-27
• 2.2.2 复合材料螺旋桨耦合分析理论27-28
• 2.3 复合材料结构分析理论28-33
• 2.3.1 复合材料层合板的一阶剪切变形理论29-31
• 2.3.2 二向机织平纹复合材料等效刚度计算31-33
• 第三章 复合材料螺旋桨结构分析方法33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 复合材料螺旋桨模型建立33-37
• 3.2.1 复合材料螺旋桨的载荷及边界33-34
• 3.2.2 复合材料螺旋桨的材料属性34-35
• 3.2.3 有限元单元类型选择35-37
• 3.3 单向纤维与编织纤维复合材料桨对比37-38
• 3.4 试验验证38-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 复合材料螺旋桨性能预报及工具开发45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 复合材料螺旋桨数值预报工具开发流程及模块45-47
• 4.2.1 复合材料螺旋桨数值预报工具开发流程45-46
• 4.2.2 复合材料螺旋桨数值预报工具模块简介46-47
• 4.3 参数化建模47-49
• 4.4 载荷和变形的传递49-50
• 4.4.1 载荷传递验证49-50
• 4.4.2 变形传递验证50
• 4.5 收敛计算值判断50-51
• 4.6 应用实例验证51-53
• 4.7 本章小结53-55
• 第五章 复合材料螺旋桨优化设计55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 优化设计目标55-56
• 5.3 优化设计过程56-58
• 5.3.1 纤维角度及体积分数的影响56-57
• 5.3.2 预变形设计57-58
• 5.4 优化结果分析58-63
• 5.5 本章小结63-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 主要研究工作总结和结论65-66
• 6.2 进一步工作展望66-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况71-72
• 致谢72-73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 曾志波;姚志崇;王玮波;刘润闻;韩用波;洪方文;;复合材料螺旋桨流固耦合分析方法研究[J];船舶力学;2012年05期

2 洪毅;赫晓东;;复合材料船用螺旋桨设计与CFD/FEM计算[J];哈尔滨工业大学学报;2010年03期

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本文编号：326848