鋪層參數對碳纖維船用螺旋槳性能影響研究.pdf

1、傳統(tǒng)的金屬螺旋槳大多使用鎳鋁青銅合金（NAB）等材料生產而成，這類材料質量大、振動大、噪音大，造成由其所制成的螺旋槳有諸多弊端。而隨著國家的發(fā)展，社會對螺旋槳的性能要求越來越高造，尤其是軍用螺旋槳，其工作環(huán)境更復雜且隱身性能要求高。碳纖維復合材料因其比強度大、比剛度大、固有頻率高、阻尼大等優(yōu)越的靜動態(tài)特性，成為了當今船用螺旋槳新型的制作材料。由碳纖維復合材料制成的船用螺旋槳不僅可以大幅減輕其質量，還具有強度高、耐腐蝕、抗沖擊、易維修、聲

2、阻尼性能好以及低振動低噪音等諸多優(yōu)點。本文對碳纖維復合材料船用螺旋槳進行了基本的設計與性能評估，并對其鋪層參數的優(yōu)化設計做了一定的探討。
　　本文運用復合材料的經典力學理論，分析得出鋪層參數對復合材料螺旋槳的力學性能及彎扭耦合效應都有著顯著的影響，可通過對鋪層參數的設計，優(yōu)化碳纖維船用螺旋槳的性能，即復合材料的可設計性。另外，本文將碳纖維螺旋槳的槳葉近似等效看成槳轂端固定的懸臂梁，并基于梁單元理論，推導出螺旋槳槳葉彎扭耦合控制系數

3、的表達式，并分析出影響耦合控制系數的各項因素。
　　本文根據某金屬船用螺旋槳的型值對碳纖維船用螺旋槳進行了結構建模，并對槳轂端強度進行了校核。其次，在設計工況下，在Fluent流體分析軟件建立了螺旋槳的壓力分析模型，并對實際工作時槳葉所受的載荷進行了分析計算。然后，將該工作載荷導入到Ansys有限元分析軟件中，作為槳葉的壓力載荷，運用Ansys有限元仿真，得出不同鋪層參數下碳纖維螺旋槳槳葉的最大變形以及Tsai-Wu失效指數，探討

4、了鋪層參數對螺旋槳強度性能的影響規(guī)律。之后，又在Ansys有限元分析軟件中對不同鋪層參數的碳纖維螺旋槳的前三階固有頻率和對應的振型進行了仿真分析，探討了鋪層參數對螺旋槳動力學性能的影響規(guī)律。
　　分析結果表明：鋪層角度的不同對螺旋槳的各項性能的影響最為顯著，隨著纖維鋪層角度的增大，碳纖維螺旋槳的強度性能有顯著的提高，而其固有頻率隨著鋪層角度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在45°達到最大，尤其是±45°角交替鋪層時，這種改變最為明