冰载荷下螺旋桨静力分析及冰与桨碰撞动力响应研究

发布时间：2017-06-05 02:05

  本文关键词：冰载荷下螺旋桨静力分析及冰与桨碰撞动力响应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：每年入冬，我国渤海和黄海北部海域均有大量海冰出现。船舶在结冰海区航行时，螺旋桨作为船舶最为脆弱的部分，它裸露在船尾，并且浸入水中深度较浅难以避免与冰发生相互作用，使得桨叶叶梢及叶缘等区域均遭受严重的损伤。因此，探讨船舶螺旋桨受冰作用下的强度问题，，对冰区航行船舶的螺旋桨的结构设计等具有很大的工程和应用价值。 本文主要对冰载荷作用下螺旋桨的强度和冰与桨碰撞动力响应问题进行了深入的研究。基于Pro/E建立了螺旋桨几何模型，根据中国船级社CCS规范中冰载荷的计算公式及计算工况，运用ANSYS实现了冰载荷作用下螺旋桨的静力分析，为螺旋桨受冰载荷作用下的结构强度设计提供了方法支持。 基于文献中的冰高速冲击实例进行了数值模拟，冰模型采用SPH方法，计算结果与文献中的实验结果进行比对，有效地验证了冰的数值模型和碰撞计算方法的可行性。利用ANSYS/LS-DYNA对冰与桨碰撞进行了数值仿真，建立了冰与桨碰撞计算模型，着重研究了桨叶与单冰块在不同角度、不同速度、不同位置碰撞，桨叶与不同半径冰碰撞和桨叶与多冰块同时发生碰撞下的动态结构响应特性，揭示以上情况下桨叶的变形、最大应力应变、以及碰撞过程中的碰撞力等规律，定性地得出上述因素对冰与桨碰撞的影响。 按照中国船级社CCS规范设计了B1冰级加强型螺旋桨，然后运用同样的方法进行研究，主要研究了叶厚对螺旋桨受冰载荷能力的影响和叶厚对螺旋桨抗冰冲击能力的影响，对比得出叶厚的增加提高了螺旋桨的承载能力。 本文的研究成果对冰区螺旋桨的结构设计、强度校核等具有重要意义，为螺旋桨的抗冰结构设计提供了有益的参考。
【关键词】：船舶螺旋桨 冰载荷 冰与桨碰撞 SPH法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.33;U661.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 冰载荷作用下结构物安全性研究现状9-12
• 1.2.1 海冰物理力学性质研究10
• 1.2.2 冰载荷研究10-11
• 1.2.3 螺旋桨受冰载荷作用研究11-12
• 1.2.4 螺旋桨冰区加强研究12
• 1.3 冰与结构物碰撞的动力响应研究现状12-16
• 1.3.1 冰的材料模型研究12-14
• 1.3.2 冰与船舶碰撞研究14
• 1.3.3 碰撞数值模拟研究14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-17
• 第2章 冰冲击特性及冰载荷研究17-29
• 2.1 冰冲击特性研究17-25
• 2.1.1 冰的动态力学性质17-18
• 2.1.2 冰的数值模型18-19
• 2.1.3 冲击计算模型19-20
• 2.1.4 计算结果分析20-25
• 2.2 冰载荷25-28
• 2.2.1 设计冰载荷25-26
• 2.2.2 计算公式26-27
• 2.2.3 计算工况27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 冰载荷作用下螺旋桨的静力分析29-39
• 3.1 模型建立29-31
• 3.2 计算工况31
• 3.3 静力分析31-37
• 3.3.1 静力分析步骤31-33
• 3.3.2 桨叶变形分布33-35
• 3.3.3 桨叶应力分布35-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第4章 冰与螺旋桨碰撞动力响应分析39-58
• 4.1 引言39
• 4.2 冰与桨碰撞模型的建立39-40
• 4.3 单冰块与桨碰撞动力响应分析40-52
• 4.3.1 不同碰撞角度的影响40-46
• 4.3.2 不同碰撞速度的影响46-48
• 4.3.3 不同碰撞位置的影响48-50
• 4.3.4 不同半径冰撞的影响50-52
• 4.4 多冰块与桨碰撞动力响应分析52-56
• 4.4.1 两冰块同时与桨碰撞52-54
• 4.4.2 三冰块同时与桨碰撞54-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第5章 叶厚对桨受冰作用下强度的影响研究58-68
• 5.1 螺旋桨冰级加强58-59
• 5.2 叶厚对桨受冰载荷能力的影响59-65
• 5.2.1 桨叶加强后变形和应力60
• 5.2.2 桨叶加强前后对比分析60-65
• 5.3 叶厚对桨抗冰冲击能力的影响65-66
• 5.4 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果75-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：422646