当前位置:主页 > 科技论文 > 海洋学论文 >

基于扩展有限元的大功率船用螺旋桨疲劳裂纹扩展研究

发布时间:2018-07-02 07:17

  本文选题:螺旋桨 + 疲劳裂纹扩展 ; 参考:《华中科技大学》2015年硕士论文


【摘要】:大型海洋平台所使用的螺旋桨重达几十吨,直径达到上十米,体积庞大且桨叶曲面复杂,在其服役过程中承受着巨大的推力以及海水的冲击。在复杂海洋环境下,由于海洋平台定位的需要,导致螺旋桨所承受的载荷表现出复杂的强交变性。另外,海水的电化学腐蚀和穴蚀也将加大螺旋桨破坏失效的可能性。随着我国向深海远海进军,上述这些特点均给大功率螺旋桨的设计与制造提出了新的挑战。本文首先通过文献调研,分析总结了螺旋桨发生疲劳断裂事故的特征,提出基于扩展有限元的疲劳裂纹扩展预测模型。以中船重工461厂提供的3500kW全回转推进器为研究对象,基于计算流体力学基础理论,通过水动力学数值仿真,获得不同运行工况下桨叶上的压力分布。将此压力载荷作为边界条件,通过有限元计算得到桨叶上的应力分布,确定应力最大点,即裂纹萌生位置。最后,通过有限元软件ABAQUS中的扩展有限元模块,实现了不同工况下的大功率螺旋桨疲劳裂纹扩展及寿命预测的仿真研究。以上研究结果表明该螺旋桨在最大设计转速以内工作,无论处于何种交变工况下都不会发生疲劳断裂事故;反之,若转速超过该螺旋桨的最大设计转速,在某些恶劣的交变工况下,疲劳寿命较短、断裂事故发生几率较大。
[Abstract]:The propeller used in the large offshore platform has a weight of several tens tons, a diameter of 10 meters, a large volume and complicated blade surface, which is subjected to huge thrust and sea impact in the course of its service. In the complex marine environment, because of the need of offshore platform positioning, the loads of propeller show complex strong alternation. In addition, electrochemical corrosion and cavitation corrosion of seawater will increase the possibility of propeller failure. With the advance of our country to the deep sea, these characteristics pose a new challenge to the design and manufacture of high power propeller. In this paper, the characteristics of propeller fatigue fracture accidents are analyzed and summarized through literature investigation, and a prediction model of fatigue crack growth based on extended finite element method is proposed. Based on the basic theory of computational fluid dynamics and hydrodynamic numerical simulation, the pressure distribution on the blades under different operating conditions was obtained by taking the 3500kW full rotary propeller provided by Zhongzhou-Shipyard 461 Plant as the research object and based on the basic theory of computational fluid dynamics (CFD). Taking the pressure load as boundary condition, the stress distribution on the blade is calculated by finite element method, and the maximum stress point, that is, the location of crack initiation, is determined. Finally, the fatigue crack propagation and life prediction of high-power propeller under different working conditions are simulated by the expanded finite element module in the finite element software Abaqus. The above results show that fatigue fracture will not occur under the maximum design speed of the propeller, and if the speed exceeds the maximum design speed of the propeller, the fatigue fracture will not occur under any alternating conditions. Under some bad alternating working conditions, the fatigue life is shorter and the probability of fracture accident is higher.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:P742

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张伯君;业成;张忠政;支有冉;宋前甫;;含裂纹缺陷气瓶疲劳裂纹扩展及寿命预测[J];油气储运;2014年10期

2 杨宇宙;钱林方;徐亚栋;陈龙淼;;复合材料身管的疲劳裂纹扩展分析[J];弹道学报;2013年02期

3 李然;;乳化液泵阀座拉升器疲劳裂纹扩展有限元分析[J];煤炭科学技术;2013年05期

4 王希民;;船舶螺旋桨几起事故分析[J];世界海运;2011年07期

5 龙靖宇;甘文兵;;桥式起重机桥架疲劳裂纹扩展的数值分析[J];武汉科技大学学报;2011年01期

6 赵九夷;;铸造铜合金舰船螺旋桨断裂事故分析[J];特种铸造及有色合金;2010年11期

7 张亚军;李永军;梁健;张欣耀;查小琴;张利娟;;螺旋桨用铜合金ZCuAl8Mn14Fe3Ni2的疲劳裂纹扩展特性[J];材料开发与应用;2010年05期

8 赵晋芳;谢里阳;刘建中;李兵;;有限板共线多孔MSD疲劳裂纹扩展有限元模拟[J];工程设计学报;2009年04期

9 朱明仁;;ZHMn55-3-1锰黄铜螺旋桨裂纹分析[J];江苏船舶;1987年01期

10 出纳真平;方正春;;船用螺旋浆叶疲劳强度的研究(报告一:螺旋桨材料的疲劳强度)[J];国外舰船技术(材料类);1981年06期

相关博士学位论文 前2条

1 王志勇;颗粒增强复合材料断裂行为研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 刘建涛;薄壁结构响应特性有限元数值模拟和疲劳寿命预测方法研究[D];电子科技大学;2012年



本文编号:2089347

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/2089347.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户26dd7***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com