桨叶弹性对螺旋桨轴承力影响及计算方法研究

发布时间：2021-08-14 22:10

　　螺旋桨水弹性问题研究对于船舶减振降噪及水弹性力学发展具有重大意义。该研究围绕螺旋桨流体激励特性开展流固耦合机理与计算方法研究。提出了一种基于时域面元计算刚体桨非均匀流中旋转所受流体力、频域面元计算弹性桨均匀流中振动所受流体力、有限元求解结构动力学的弹性桨双向流固耦合非定常水动力预报算法——时域/频域面元-有限元法,可克服频域面元-有限元法非线性伯努利方程难处理及时域面元-有限元法低效率问题。研究表明:桨弹性效应特别是流体附加阻尼在桨-轴-船系统减振降噪设计中应予以足够重视;空间不均匀来流下弹性桨轴承力计算可在平衡位置表面施加不可穿透条件。该方法和结果可为低噪声桨-轴-船系统设计提供必要的理论参考。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(18)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

4382桨所处的SUBOFF潜艇伴流场

全文双向流固耦合分析用到的时域面元法及频域面元法,与Kuo等及Young使用的很类似。除上文谈到本文算法汲取了两种算法优点外,以下几点仍值得一提:①Young使用时域面元-有限元算法求解螺旋桨双向流固耦合问题时,采用结构求解器与流体求解器相互传递数据进而迭代收敛的弱耦合,大量研究表明此类方法容易存在不收敛的弊病,而Kuo等在使用频域面元-有限元算法求解螺旋桨双向流固耦合问题时,采用将流固耦合附加矩阵与结构矩阵合并进而结构流体同时求解的强耦合,该类方法不存在算法不收敛的弊病,且目前学者研究较少,而本文选用的也是此类强耦合算法;②Kuo等使用频域面元法时,在桨叶拱弧面处满足不可穿透条件,不方便考虑桨叶厚度的影响,而本文所使用的不可穿透条件是在桨叶表面满足,因此能完整考虑桨叶几何的影响;③Young使用的时域面元-有限元算法,在处理面元附加矩阵非对称性带来的计算效率低下问题时,用到HRZ-like对称化方法,作者相关研究表明该方法预报螺旋桨湿模态频率有效大误差,因此本文发展了模态缩聚技术处理附加矩阵非对称性带来的计算效率低下问题。4 结 论

式中: u ?? 、 u ˙ 及u分别为节点的加速度、速度及位移向量; M、C及K分别为螺旋桨质量、阻尼及刚度矩阵。此处采用Rayleigh阻尼假设建立阻尼模型,具体可参考文献[13]。 C Ω u ˙ 、KΩu及FΩ为因离心及科氏效应产生的等效力,由于船舶螺旋桨转速较低,这三项在文中均忽略; Fw为由于螺旋桨在非均匀伴流场中旋转和振动受到的流体力。图2 8节点固体单元图

【参考文献】：
博士论文
[1]非均匀流场中螺旋桨性能预报和理论设计研究[D]. 谭廷寿.武汉理工大学 2003



本文编号：3343276