基于改进键型本构的冰桨铣削动态特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于改进键型本构的冰桨铣削动态特性研究硕士研究生：熊伟鹏指导教师：王超副教授学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造论文主审人：郭春雨教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于改进键型本构的冰桨铣削动态特性研究硕士研究生：熊伟鹏指导教师：王超副教授学位级别：工学硕士学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年4月论文答辩日期：2018年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegr

2、eeofM.EngResearchondynamiccharacteristicsofpropeller-icemillingbasedonimprovedbondconstitutivelawCandidate:XiongWeiPengSupervisor:Prof.WangChaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureDateofSubmission:Apr,2018DateofOra

3、lExamination:Jun,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即

4、研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日基于改进键型本构的冰桨铣削动态特性

5、研究摘要近年来，全球气候变暖，使得极地船舶的研究成为时下新的热点。极地船舶螺旋桨和冰接触是一种强烈的固体和固体之间的作用，接触载荷也要远远大于螺旋桨水动力载荷，在螺旋桨总载荷中占据着绝对大的比重。无疑，对冰桨接触工况下冰载荷特性的研究是冰区螺旋桨研究的重中之重。由于冰桨接触中存在大量等非连续问题，本文引入无网格方法近场动力学模拟海冰材料。首先针对海冰材料特有的力学性质对近场动力学中原有的本构力函数进行修改。利用新改进的本构分别对海冰准静态的单轴压缩、三点弯曲和动态的不同形状冰体冲击的力学行为进行了模拟，结果显示新改进的本构模型对海冰的力学行为数值预报精度更高。将新改进的

6、PMB本构模型嵌入冰桨接触预报程序中，对冰桨接触冰载荷特性进行研究。开展对冰桨接触工况下单桨叶FxFyz、FxyzMM、M、、、六种不同载荷的数值预报，并对冰桨接触工况开展变参数分析，首先对近场动力学内核参数进行改变，分析不同冰块物质点尺寸、弹性模量、近场域半径、键变形率导致的桨叶冰载荷变化规律，发现内核参数中弹性模量影响冰载荷大小，弹性模量越大，冰载荷幅值越大，但弹性模量对冰块破坏模式、碎冰物质点破坏程度影响不大，而其他参数改变对冰载荷大小和碎冰破坏模式均有影响。开展不同外部工况下冰桨接触工况冰载荷的变参数分析，分析冰块进速度、冰块尺寸大小、螺旋桨转速、螺旋桨切削深度

7、变化导致的冰载荷的变化规律，结果表明冰块尺寸大小和螺旋桨切削深度和桨叶冰载荷呈正相关，而螺旋桨转速和冰块进速度增大桨叶冰载荷呈先增大后减小的趋势，分析是由遮蔽效应导致的。针对冰桨接触载荷特性分析中发现的遮蔽效应开展进一步研究，总结出遮蔽效应是导致冰桨切削过程中后桨叶冰载荷受前桨叶切削过程影响的主要原因。给出螺旋桨零进速工况的遮蔽效应存在性验证，紧接着对影响遮蔽效应的主要因素开展了分析，得出遮蔽效应主要受进速系数大小影响的规律。利用快速傅里叶变化（FFT）技术对冰桨接触工况载荷展开分析，得到切削过程桨叶的固有频率，结合固有频率提出遮蔽系数新