冰區(qū)航行船舶螺旋槳強(qiáng)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(duì)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(xiàng)重要隱患。因此，研究海冰影響下船舶螺旋槳強(qiáng)度問題對(duì)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(yuǎn)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(duì)各種工況下螺旋槳的載荷分布及其影響因素進(jìn)行了分析，為冰區(qū)航行船舶螺旋槳的設(shè)計(jì)和加強(qiáng)提供指導(dǎo)。
　　文章首先對(duì)國(guó)際船級(jí)社協(xié)會(huì)（I

2、ACS）的冰級(jí)規(guī)范進(jìn)行了整理，采用規(guī)范給出的螺旋槳載荷計(jì)算公式求得了螺旋槳的設(shè)計(jì)載荷，并根據(jù)規(guī)范給定的五種工況對(duì)螺旋槳分別加載，對(duì)螺旋槳的強(qiáng)度進(jìn)行了分析校核。
　　為了更進(jìn)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(duì)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(jìn)行了分析。借由ANSYS Workbench對(duì)冰槳非接觸條件下的螺旋槳載荷情況進(jìn)行了流固耦合求解。對(duì)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(shí)現(xiàn)槳葉的旋轉(zhuǎn)。對(duì)于阻塞工況下的螺旋槳性能，本文采用動(dòng)網(wǎng)格方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jì)算得到了螺旋槳的水動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)受力。
　　通過對(duì)非接觸工況下冰槳相互作用的計(jì)算分析，本文給出了海冰阻塞效應(yīng)對(duì)螺旋槳性能的影響及其變化趨勢(shì)，并對(duì)比敞水工況下的螺旋槳水動(dòng)力性能計(jì)算結(jié)果，指出了阻塞效應(yīng)對(duì)于螺旋槳的危害。
　　對(duì)于碰撞和銑削兩

4、種冰槳接觸工況，本文采用LS-DYNA軟件對(duì)冰槳流相互作用下的螺旋槳載荷問題進(jìn)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(duì)冰槳接觸工況下的螺旋槳和海冰采用拉格朗日網(wǎng)格進(jìn)行建模，對(duì)流場(chǎng)采用歐拉網(wǎng)格建模，從而得以對(duì)結(jié)構(gòu)體碰撞載荷與水動(dòng)力載荷同時(shí)進(jìn)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(shí)現(xiàn)了水動(dòng)力載荷向結(jié)構(gòu)體的傳遞，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了冰、槳、流三者共同作用下螺旋槳載荷的計(jì)算。
　　通過對(duì)比分析不同工況下的計(jì)算結(jié)果，本文