本文選題：螺旋槳 + 疲勞裂紋擴展��； 參考：《華中科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：大型海洋平臺所使用的螺旋槳重達幾十噸,直徑達到上十米,體積龐大且槳葉曲面復(fù)雜,在其服役過程中承受著巨大的推力以及海水的沖擊。在復(fù)雜海洋環(huán)境下,由于海洋平臺定位的需要,導(dǎo)致螺旋槳所承受的載荷表現(xiàn)出復(fù)雜的強交變性。另外,海水的電化學(xué)腐蝕和穴蝕也將加大螺旋槳破壞失效的可能性。隨著我國向深海遠海進軍,上述這些特點均給大功率螺旋槳的設(shè)計與制造提出了新的挑戰(zhàn)。本文首先通過文獻調(diào)研,分析總結(jié)了螺旋槳發(fā)生疲勞斷裂事故的特征,提出基于擴展有限元的疲勞裂紋擴展預(yù)測模型。以中船重工461廠提供的3500kW全回轉(zhuǎn)推進器為研究對象,基于計算流體力學(xué)基礎(chǔ)理論,通過水動力學(xué)數(shù)值仿真,獲得不同運行工況下槳葉上的壓力分布。將此壓力載荷作為邊界條件,通過有限元計算得到槳葉上的應(yīng)力分布,確定應(yīng)力最大點,即裂紋萌生位置。最后,通過有限元軟件ABAQUS中的擴展有限元模塊,實現(xiàn)了不同工況下的大功率螺旋槳疲勞裂紋擴展及壽命預(yù)測的仿真研究。以上研究結(jié)果表明該螺旋槳在最大設(shè)計轉(zhuǎn)速以內(nèi)工作,無論處于何種交變工況下都不會發(fā)生疲勞斷裂事故;反之,若轉(zhuǎn)速超過該螺旋槳的最大設(shè)計轉(zhuǎn)速,在某些惡劣的交變工況下,疲勞壽命較短、斷裂事故發(fā)生幾率較大。
[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.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P742

【參考文獻】

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本文編號：2089347