螺旋槳及水翼水彈性問(wèn)題研究對(duì)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(wèn)題為研究對(duì)象,圍繞螺旋槳及三維水翼流體激勵(lì)特性開(kāi)展流固耦合機(jī)理與計(jì)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(duì)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?jiǎng)討?yīng)變及軸承力。此外,本文基于剛體槳六自由度振動(dòng)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(duì)剛體螺旋槳六自由度振動(dòng)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(dòng)誘導(dǎo)的軸承力。主要研究?jī)?nèi)容包括:（1）針對(duì)勢(shì)流框架下的彈性螺旋槳（水翼）雙向流固耦合問(wèn)題,基于槳葉（水翼）振動(dòng)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(dòng)所受流體力（彈性水翼在均勻流中振動(dòng)所受流體力）Fv。前者為流固耦合系統(tǒng)的激勵(lì),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(lái)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(yè)數(shù)】：170 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(jì)算模型及網(wǎng)格劃分有不同導(dǎo)致。以上比對(duì)中，相對(duì)誤差由式present FEM FEM / 100%計(jì)算。由以上算例，可得出本文結(jié)構(gòu)有限元方法收斂，且計(jì)算結(jié)果合理，能準(zhǔn)確模擬三維水翼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。0102030405040 20 350 20 460 14 260 30 4對(duì)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(duì)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(jì)算結(jié)果相對(duì)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(jì)算結(jié)果相對(duì)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(yàn)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(yàn)證。由上文討論可知，在靜止水域里， 0k 0c 時(shí)，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(jì)算的水翼動(dòng)力學(xué)響應(yīng)數(shù)值上應(yīng)和由聲固耦合計(jì)算的水翼動(dòng)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(jì)算驗(yàn)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(lì)處 z 方向位移計(jì)算結(jié)果，如圖 4.11、圖 4.12和表 4.3。本例聲固耦合計(jì)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)】：
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博士論文
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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
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本文編號(hào)：3095931