基于擴(kuò)展有限元法的大功率全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器螺旋槳疲勞裂紋擴(kuò)展特性研究.pdf

1、動力定位系統(tǒng)是大型海洋裝備在惡劣海況下確保定位精度和平穩(wěn)性的核心裝備。螺旋槳是動力定位系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，疲勞斷裂是螺旋槳主要失效形式。因此，開展復(fù)雜海洋環(huán)境下螺旋槳疲勞裂紋擴(kuò)展特性研究，對開發(fā)深遠(yuǎn)海資源、維護(hù)領(lǐng)海安全，最終實(shí)現(xiàn)中國由海洋大國向海洋強(qiáng)國的歷史跨越具有至關(guān)重要的意義。
　　本文以某型大功率全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器為研究對象，基于擴(kuò)展有限元法（XFEM）計算螺旋槳裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子。基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)出裂紋增長與應(yīng)力強(qiáng)度因子之間的變

2、化關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，基于線彈性斷裂理論建立大功率螺旋槳槳葉疲勞裂紋擴(kuò)展數(shù)值仿真模型，研究不同裂紋尺度、載荷大小以及裂紋初始形態(tài)對螺旋槳疲勞裂紋擴(kuò)展的影響。計算結(jié)果表明，隨著裂紋尺寸和載荷的增加，裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子隨之增大，疲勞裂紋擴(kuò)展速度加快，螺旋槳可靠性降低。不同初始形態(tài)的裂紋，其擴(kuò)展路徑均呈不規(guī)則的橢圓形態(tài)，并沿螺旋槳壓力面方向裂紋擴(kuò)展速度相對較快。仿真得到的裂紋擴(kuò)展紋理圖與螺旋槳實(shí)際斷裂表面紋理具有較好的相似度。
　　基于