螺旋槳及水翼水彈性問題研究對于船舶減振降噪及船舶水彈性力學(xué)學(xué)科發(fā)展具有重大意義。本文以螺旋槳及三維水翼水彈性問題為研究對象,圍繞螺旋槳及三維水翼流體激勵特性開展流固耦合機(jī)理與計算方法研究�；诿嬖ㄅc有限元法,建立了彈性螺旋槳及水翼雙向流固耦合分析模型,分析了關(guān)鍵參數(shù)對雙向流固耦合誘導(dǎo)的彈性螺旋槳及水翼附加質(zhì)量和附加阻尼的影響,并獲得了考慮雙向流固耦合效應(yīng)的彈性螺旋槳動應(yīng)變及軸承力。此外,本文基于剛體槳六自由度振動附加矩陣與彈性槳流固耦合附加矩陣的關(guān)聯(lián)性研究,分析了關(guān)鍵參數(shù)對剛體螺旋槳六自由度振動附加質(zhì)量和附加阻尼的影響,并得到了剛體螺旋槳六自由度振動誘導(dǎo)的軸承力。主要研究內(nèi)容包括:（1）針對勢流框架下的彈性螺旋槳（水翼）雙向流固耦合問題,基于槳葉（水翼）振動位置表面流體不可穿透條件,將結(jié)構(gòu)所受流體力分解成剛性螺旋槳在非均勻流中旋轉(zhuǎn)所受流體力（剛性水翼在非均勻流中前進(jìn)所受流體力）Fr及彈性螺旋槳在均勻流中振動所受流體力（彈性水翼在均勻流中振動所受流體力）Fv。前者為流固耦合系統(tǒng)的激勵,后者體現(xiàn)雙向流固耦合效應(yīng)。將彈性螺旋槳（水翼）所受流體力Fv表征為流體附加質(zhì)量和阻尼,并與結(jié)構(gòu)質(zhì)量和阻... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

NACA0015水翼有限元模型

誤差同樣是由于有限元計算模型及網(wǎng)格劃分有不同導(dǎo)致。以上比對中，相對誤差由式present FEM FEM / 100%計算。由以上算例，可得出本文結(jié)構(gòu)有限元方法收斂，且計算結(jié)果合理，能準(zhǔn)確模擬三維水翼結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)。0102030405040 20 350 20 460 14 260 30 4對誤差相[%]網(wǎng)格第一階模態(tài)第二階模態(tài)第三階模態(tài)第四階模態(tài)第五階模態(tài)20 14 2(a)0102030405060對誤差相[%]40 20 350 20 460 14 260 30 4網(wǎng)格20 14 2(b)圖 4.3 本文方法和有限元軟件計算結(jié)果相對誤差圖：(a) 模態(tài)頻率；(b) 位移響應(yīng)Figure 4.3 Relative discrepancy between present results and finite element solutions in air: (a) naturalfrequencies; (b) displacement amplitudes

01060 30 4網(wǎng)格20 14 240 20 350 20 460 14 260 30 4010網(wǎng)格20 14 240 20 350 20 460 14 260 30 4圖 4.11 本文方法和軟件計算結(jié)果相對誤差圖：(a) 模態(tài)頻率；(b) 位移響應(yīng)Figure 4.11 Relative discrepancy between present results and coupled finite element/boundary elementsolutions in water: (a) natural frequencies; (b) displacement amplitudes彈性水翼流固耦合附加矩陣直接驗證并不容易，但借助上述流固耦合和聲固耦合等效性方法可間接驗證。由上文討論可知，在靜止水域里， 0k 0c 時，聲學(xué)附加質(zhì)量和流體附加質(zhì)量相等，且聲學(xué)附加阻尼和流體附加阻尼均為零，由流固耦合計算的水翼動力學(xué)響應(yīng)數(shù)值上應(yīng)和由聲固耦合計算的水翼動力學(xué)響應(yīng)相等。選用同 4.2.1 節(jié)相同的 NACA0015 水翼懸臂梁模型進(jìn)行流固耦合附加矩陣計算驗證，唯一不同在于本算例水翼置于靜水中。同 4.2.1 節(jié)一樣，本例給出水翼在靜止水中的前五階模態(tài)和前五階振型，以及同一激勵處 z 方向位移計算結(jié)果，如圖 4.11、圖 4.12和表 4.3。本例聲固耦合計算是使用商業(yè)軟件 Ansys 耦合 Virtual.Lab.Acoustics 完成的,聲固耦合方法參考文獻(xiàn)[182]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]復(fù)合材料螺旋槳流固耦合分析方法的發(fā)展和研究現(xiàn)狀[J]. 張旭婷,洪毅,袁鳳,矯維成,劉文博,王榮國.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2016(06)
[2]水翼渦激振動的數(shù)值模擬研究[J]. 劉胡濤,張懷新,姚慧嵐.  艦船科學(xué)技術(shù). 2016(11)
[3]繞水翼空化流動及振動特性的試驗與數(shù)值模擬[J]. 王寧,黃彪,吳欽,王國玉,高德明.  排灌機(jī)械工程學(xué)報. 2016(04)
[4]船用復(fù)合材料螺旋槳水動力性能影響因素研究[J]. 賀偉,李廷秋,李子如.  中國造船. 2015(04)
[5]Fluid-structure interaction simulation of three-dimensional flexible hydrofoil in water tunnel[J]. Shiliang HU,Chuanjing LU,Yousheng HE.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(01)
[6]復(fù)合材料螺旋槳雙向流固耦合計算[J]. 楊光,熊鷹,黃政.  艦船科學(xué)技術(shù). 2015(10)
[7]復(fù)合材料螺旋槳水動力特性的流固耦合數(shù)值模擬[J]. 劉政,賀鑄,張寧,李紅林,祁霞.  船舶工程. 2015(02)
[8]流固耦合作用對螺旋槳強(qiáng)度影響的數(shù)值計算[J]. 任弘,李范春,杜玲.  武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版). 2015(01)
[9]螺旋槳流固耦合特性的數(shù)值模擬[J]. 孫海濤,熊鷹,時立攀.  江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(01)
[10]流固耦合作用下的碳纖維螺旋槳多目標(biāo)優(yōu)化[J]. 王建,楊卓懿,龐永杰,韓旭亮.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2014(12)

博士論文
[1]非均勻流場中螺旋槳性能預(yù)報和理論設(shè)計研究[D]. 譚廷壽.武漢理工大學(xué) 2003

碩士論文
[1]復(fù)合材料螺旋槳流固耦合分析研究[D]. 王丹.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[2]小型船舶復(fù)合材料螺旋槳的設(shè)計與分析[D]. 楊傳勇.大連海事大學(xué) 2005



本文編號：3095931