船用复合材料螺旋桨成型工艺研究

摘要

新型船用复合材料螺旋桨较传统螺旋桨具有比重小，噪音低等诸多优点，因此开发新型的船用复合材料螺旋桨具有重要现实意义。采用先进的复合材料成型手段——树脂传递模塑工艺 RTM(Resin Transfer Molding）制备高质量的复合材料螺旋桨，关键在于研究树脂在构件中纤维束间的流动行为，避免缺胶，浸润不良等缺陷，实现RTM工艺参数的优化设计。因此工艺成型过程数值模拟为优化工艺参数，分析各项参数对成品质量的影响，提供了有效的技术手段。文本从RTM工艺的数值模拟入手，确定了复合材料螺旋桨的最优成型工艺方案。复合材料螺旋桨的各项性能检测可以检验新型复合材料螺旋桨工艺的可行性，从而改进螺旋桨的铺层设计和工艺方案，使新型复合材料螺旋桨的使用性能得以完善。
　　本文根据RTM工艺的成型原理，从流动平衡方程和质量守恒定律入手研究了三维薄壁制件等温充模流动的理论模型和控制方程。并且比较了纤维预置体渗透率的三种预报方法，取得了较一致的结果，提高了RTM成型中树脂渗透率预报的准确率。
　　本文RTM工艺的模拟中，在Ansys二次开发编写的程序基础上模拟了RTM工艺模腔内流动情况，根据控制体积节点的填充情况跟踪树脂流动前峰并且预测了成型过程的时间和出现干斑的位置。通过数值模拟优化了复合材料螺旋桨成型工艺中重要的工艺参数。利用树脂在模腔中模拟的流动过程，进行模具加工，确定了模具最优的注射口与排气口。
　　以一传统的MAU螺旋桨桨型，根据复合材料的可设计性进行了桨叶的铺层设计和RTM工艺成型模拟优化，从而设计了新型的复合材料螺旋桨。对已研制出的新型复合材料螺旋桨进行了三维型值扫描测试，重量测试和水下噪音性能测试，测试结果可知复合材料螺旋桨较传统金属桨可减重30％以上，降噪效果明显，达到设计目的，为复合材料螺旋桨的成型工艺的进一步研究积累了经验。

目录

船用复合材料螺旋桨成型工艺研究

Manufacture And Technique of Marine Composite Material Propeller

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.3课题研究目的及意义

1.4 本文的主要工作

第2章 RTM成型过程数学模型及有限元/控制体积算法分析

2.1成型过程基本假设

2.2渗流的数学模型建立

2.3粘度模型

2.4渗透率模型

2.5有限单元/控制体积方法

本章小结

第3章 复合材料螺旋桨结构设计及RTM成型的数值模拟

3.1 复合材料螺旋桨的铺层设计

3.2 叶片成型的RTM模拟

本章小结

第4章 复合材料螺旋桨的性能检测

4.1复合材料螺旋桨三维型面扫描测试

4.2 复合材料螺旋桨的减重分析

4.3 复合材料螺旋桨的噪音测试分析

本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

论文原创性声明及使用授权书

致 谢