纤维铺层对复合材料桨变形规律的影响.pdf

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1、第35卷第8期舰船科学技术V01．35，No·82013年8月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYAug．，2013：=：：：：==：：：：：：===========================================纤维铺层对复合材料桨变形规律的影响黄政，熊鹰，孙海涛(海军工程大学舰船工程系，湖北武汉430033)摘要：采用面元法和有限元法相结合的流固耦合算法，针对4382桨利用有限元软件ABAQUS进行多种材料纤维铺层，迭代进行水动力性能分析，并总结了复合材料螺旋桨的变性规律。当纤维主要铺层方向与侧斜方向一致时，桨叶易发生扭转，复合材料螺旋桨的变形规律是侧斜增大，

2、纵倾和螺距减小，以迎合进流角，进而提高螺旋桨的水动力性能。关键词：螺旋桨；复合材料；纤维铺层；变形规律；水动力中图分类号：U661．3文献标识码：A文章编号：1672—7649(2013)08—0119—04doi：10．3404／j．issn．1672—7649．2013．08．027Theimpactofcompositepropeller’SmaterialstackingsequenceonthedeformationlawHUANGZheng，XIONGYing，SUNHai—tao(DepartmentofNavalArchitectureEngineering，NavalUni

3、versityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Inthispaper，acoupledboundaryelementmethod(BEM)andfiniteelementmethod(FEM)isusedtoformthefluid-structurecoupledalgorithmtoworkoverpropeller4382．ThefiniteelementsoftwareABAQUSisusedtogenerateseveralmaterialfiberplysequences，thehydrodynamicperformanceisi

4、terativelyanalyzed．Thenthedeformationlawofcompositepropellersissummarized．Itisdemonstratedbythestudythatthepropellertendstotwistwhenthemainplyorientationaccordswiththeskew，thedeformationlawofcompositepropellersistheincreaseofskew，thedecreaseofrakeandpitchangle，tocaterfortheinletflowangle，thenimprov

5、epropeller’Shydrodynamicperformance．Keywords：propeller；composite；plystacking；deformationlaw；hydrodynamic0引言复合材料螺旋桨可根据所承受的载荷自适应地改变自身形状，相应调整侧斜、纵倾和螺距分布，进而改善螺旋桨在不同工况时的综合性能，提高推进效率。关于复合材料螺旋桨的研究，国内外已经有了相应进展。台湾李雅荣通过基因遗传算法对铺层方向为00，900，±450的复合桨进行了优化设计，相比于一般优化减少了运算量¨。21。还对2种优化材料铺层进行了试验研究，比较不同进速下推力扭矩系数及效率，得出性能

6、提高与螺旋桨几何参数的关系∞1。YinL．Young等研究了自弯扭复合材料桨的优化设计，通过基因遗传算法针对来流速度和材料纤维角度进行优化”1，并对5474桨进行了螺距与进速系数的变化规律研究¨，。台湾林俊杰利用有限元法和升力面法对桨叶对称与平衡和非平衡铺层进行了研究[6J。N．L．Mulcahy等研究了不同材料对螺旋桨的影响¨1，发现材料纤维角度与基准角度相差一450，+450，+900交叉时，在不同进速系数下都可相应提高复合桨的效率。梅志远等研究了夹芯复合材料的结构和强度哺1。本文采用面元法和有限元法相结合的流固耦合算法，设计几种不同方式的纤维铺层，计算出相应桨的水动力性能，并通过对比得

7、出纤维铺层对复合桨水动力性能的影响。研究在不同纤维铺层时复合材料桨叶变形的侧斜、纵倾、螺距的变化规律。在今后研究不同工况下复合桨的性能变化，及预变性设计中方便借鉴。收稿日期：2012—07—30；修回日期：2013—03—28作者简介：黄政(1989一)，男，硕士研究生，研究方向为船舶与海洋结构物设计流体力学。·120·舰船科学技术第35卷1铺层设计及变形规律纤维的铺层方向主要围绕桨叶侧斜展开，对单一材料一种