冰區(qū)航行船舶螺旋槳強度研究.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重要隱患。因此，研究海冰影響下船舶螺旋槳強度問題對確保船舶冰區(qū)航行條件下的可靠性與安全性有著重要而深遠的意義。
　　本文根據冰區(qū)航行條件下海冰與螺旋槳之間的不同相互作用形式，對各種工況下螺旋槳的載荷分布及其影響因素進行了分析，為冰區(qū)航行船舶螺旋槳的設計和加強提供指導。
　　文章首先對國際船級社協(xié)會（I

2、ACS）的冰級規(guī)范進行了整理，采用規(guī)范給出的螺旋槳載荷計算公式求得了螺旋槳的設計載荷，并根據規(guī)范給定的五種工況對螺旋槳分別加載，對螺旋槳的強度進行了分析校核。
　　為了更進一步分析冰區(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進行了分析。借由ANSYS Workbench對冰槳非接觸條件下的螺旋槳載荷情況進行了流固耦合求解。對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）實現槳葉的旋轉。對于阻塞工況下的螺旋槳性能，本文采用動網格方法實現了對阻塞條件下螺旋槳旋轉的模擬，并通過雙向流固耦合方法計算得到了螺旋槳的水動力性能和結構受力。
　　通過對非接觸工況下冰槳相互作用的計算分析，本文給出了海冰阻塞效應對螺旋槳性能的影響及其變化趨勢，并對比敞水工況下的螺旋槳水動力性能計算結果，指出了阻塞效應對于螺旋槳的危害。
　　對于碰撞和銑削兩

4、種冰槳接觸工況，本文采用LS-DYNA軟件對冰槳流相互作用下的螺旋槳載荷問題進行了流固耦合分析。通過采用歐拉-拉格朗日耦合方法，本文對冰槳接觸工況下的螺旋槳和海冰采用拉格朗日網格進行建模，對流場采用歐拉網格建模，從而得以對結構體碰撞載荷與水動力載荷同時進行求解。另外，通過歐拉網格與拉格朗日網格間的接觸判定實現了水動力載荷向結構體的傳遞，進而實現了冰、槳、流三者共同作用下螺旋槳載荷的計算。
　　通過對比分析不同工況下的計算結果，本文