基于流固耦合的復(fù)合材料螺旋槳性能研究.pdf

1、復(fù)合材料螺旋槳作為一種新型的推進(jìn)器，在船舶節(jié)能減排方面的作用日益為人們所重視。利用復(fù)合材料螺旋槳的可設(shè)計(jì)性，通過(guò)合理安排槳葉的纖維方向和鋪層順序，可以使螺旋槳槳葉在水動(dòng)力載荷作用下產(chǎn)生有利于水動(dòng)力性能的變形。由于復(fù)合材料螺旋槳的特性，造成傳統(tǒng)的模型水池試驗(yàn)成本高、周期長(zhǎng)，而 CFD數(shù)值模擬無(wú)法考慮到槳葉變形對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能的影響，故需使用更接近物理現(xiàn)象本身的流固耦合方法對(duì)復(fù)合螺旋槳進(jìn)行研究分析。本文根據(jù)螺旋槳理論，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)方法

2、和結(jié)構(gòu)有限元方法，建立了敞水狀態(tài)下螺旋槳的流固耦合數(shù)值模擬方法，在此基礎(chǔ)上完成了復(fù)合材料螺旋槳的數(shù)值計(jì)算方法，主要的內(nèi)容如下：
　　闡明了流固耦合作用對(duì)研究不同材料螺旋槳的重要性，對(duì)螺旋槳流固耦合數(shù)值計(jì)算中所需的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論、結(jié)構(gòu)有限元相關(guān)理論以及流固耦合相關(guān)理論進(jìn)行了整理研究。
　　將基于粘流理論的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法與結(jié)構(gòu)有限元分析方法相結(jié)合，構(gòu)建了螺旋槳流固耦合數(shù)值方法，將該方法與傳統(tǒng)的CFD方法進(jìn)行計(jì)算比較分

3、析，從多角度驗(yàn)證了該方法的可靠性。
　　運(yùn)用建立的螺旋槳流固耦合數(shù)值計(jì)算方法，不考慮材料的各向異性，對(duì)不同材料螺旋槳進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，對(duì)典型工況下各螺旋槳變形、水動(dòng)力性能、槳葉等效應(yīng)力分布及尾流場(chǎng)進(jìn)行了比較分析；對(duì)材料的主要參數(shù)進(jìn)行變參數(shù)分析，觀察材料主要參數(shù)對(duì)典型工況下螺旋槳效率的影響。
　　運(yùn)用復(fù)合材料分析模塊構(gòu)建復(fù)合材料螺旋槳鋪層結(jié)構(gòu)，結(jié)合流固耦合數(shù)值方法建立了復(fù)合材料螺旋槳流固耦合數(shù)值計(jì)算方法，并對(duì)三種典型的復(fù)合材料鋪