冰區(qū)航行船舶螺旋槳強度研究.pdf

1、隨著北極航道的通航和極地油氣資源的開發(fā)利用，冰區(qū)船舶的重要性正與日俱增，而對于冰區(qū)船舶來說，海冰的存在是危害船舶航行安全的一項重要隱患。因此，研究海冰影響下船舶螺旋槳強度問題對確保船舶冰區(qū)航行條件下的可靠性與安全性有著重要而深遠的意義。
　　本文根據(jù)冰區(qū)航行條件下海冰與螺旋槳之間的不同相互作用形式，對各種工況下螺旋槳的載荷分布及其影響因素進行了分析，為冰區(qū)航行船舶螺旋槳的設(shè)計和加強提供指導(dǎo)。
　　文章首先對國際船級社協(xié)會（I

2、ACS）的冰級規(guī)范進行了整理，采用規(guī)范給出的螺旋槳載荷計算公式求得了螺旋槳的設(shè)計載荷，并根據(jù)規(guī)范給定的五種工況對螺旋槳分別加載，對螺旋槳的強度進行了分析校核。
　　為了更進一步分析冰區(qū)航行條件下螺旋槳載荷的影響因素，本文分別對冰槳非接觸、碰撞和銑削三種工況下螺旋槳載荷的影響參數(shù)進行了分析。借由ANSYS Workbench對冰槳非接觸條件下的螺旋槳載荷情況進行了流固耦合求解。對于螺旋槳的敞水工況，本文采用由CFD向CSD傳遞表面壓

3、力的弱流固耦合求解方法，并借由Fluent的多重參考系方法（MRF）實現(xiàn)槳葉的旋轉(zhuǎn)。對于阻塞工況下的螺旋槳性能，本文采用動網(wǎng)格方法實現(xiàn)了對阻塞條件下螺旋槳旋轉(zhuǎn)的模擬，并通過雙向流固耦合方法計算得到了螺旋槳的水動力性能和結(jié)構(gòu)受力。
　　通過對非接觸工況下冰槳相互作用的計算分析，本文給出了海冰阻塞效應(yīng)對螺旋槳性能的影響及其變化趨勢，并對比敞水工況下的螺旋槳水動力性能計算結(jié)果，指出了阻塞效應(yīng)對于螺旋槳的危害。
　　對于碰撞和銑削兩

4、種冰槳接觸工況，本文采用LS-DYNA軟件對冰槳流相互作用下的螺旋槳載荷問題進行了流固耦合分析。通過采用歐拉-拉格朗日耦合方法，本文對冰槳接觸工況下的螺旋槳和海冰采用拉格朗日網(wǎng)格進行建模，對流場采用歐拉網(wǎng)格建模，從而得以對結(jié)構(gòu)體碰撞載荷與水動力載荷同時進行求解。另外，通過歐拉網(wǎng)格與拉格朗日網(wǎng)格間的接觸判定實現(xiàn)了水動力載荷向結(jié)構(gòu)體的傳遞，進而實現(xiàn)了冰、槳、流三者共同作用下螺旋槳載荷的計算。
　　通過對比分析不同工況下的計算結(jié)果，本文