大型调距装置结构设计及集成系统开发研究

摘要

近年来，随着国内外航运业的发展，船舶行业竞争不断加剧，对造船质量及船舶的航行性能等方面的要求也日益提高。为了提高推进效率，越来越多的船舶上装备了可调螺距螺旋桨，国内外相关领域的专家也致力于调距桨研究。
　　 调距桨的设计经历了经验的方法的技术难度鉴别法、负荷系数法到现在普遍使用的有限元方法。采用有限元方法对调距桨的结构设计过程中研究了调距桨结构中各零件相互作用下的应力大小及分布情况，对提高产品性能和可靠性具有很大的价值。
　　 目前，国外主要调距桨生产商在设计调距桨时均使用有限元分析的方法。为了在调距桨开发过程中节省大量人工重复劳动、减少人为失误、提高研发效率，提升国内调距桨研发和生产单位竞争力，本文在分析调距桨的主要构成、结构原理及工作特点，研究CAD/CAE集成技术的基础上，结合有限元方法对调距装置的结构设计做了深入的研究，利用UG进行三维建模二次开发，通过ANSYS参数化设计语言对调距装置完成了有限元自动分析，通过VB.NET与以上两个软件的接口实现集成设计软件的开发，并通过实例在软件中实现了调距装置的集成开发。具体内容如下:
　　 (1)分析调距桨装置的运行机理，确定装置的各组成构件及各自的功能，明确设计目标，并确定调距桨的设计参数;
　　 (2)研究UG软件建模的二次开发方法，实现CAD软件的参数化建模;
　　 (3)研究调距装置应力场的有限元分析理论，计算调距桨桨毂及其机构的强度，分析各零部件的受力情况，并以一种调距装置为结构原型，分析调距装置的主要技术指标与结构之间的关系，为标准化选型提供依据;
　　 (4)研究基于APDL参数化设计语言的软件开发方法，实现调距装置的有限元自动分析仿真方法;
　　 (5)以VB.NET为开发平台，研究该平台与UG、ANSYS之间的数据接口与调用方法，实现以VB.NET为用户界面集成控制UG建模与ANSYS分析，完成调距装置集成系统软件的开发。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 调距桨装置发展现状

1．2．1 国外调距装置研究发展现状

1．2．2 国内调距装置研究发展现状

1．3 本课题的主要研究内容

第2章 调距装置及有限元分析理论

2．1 调距装置结构概述

2．1．1 桨叶支承机构

2．1．2 调距桨转叶机构

2．2 调距桨作用力分析

2．2．1 调距装置外载荷计算分析

2．2．2 调距机构受力平衡分析

2．3 有限元分析理论

第3章 调距装置参数化设计

3．1 参数化设计概述

3．1．1 参数化设计基本思想

3．1．2 基于UG的参数化设计

3．2 调距装置参数化设计方案研究

3．3 调距装置结构参数分析

3．3．1 桨毂及法兰结构参数

3．3．2 叶根法兰及其组件结构设计

3．3．3 调距机构及液压油路设计

3．3．4 液压伺服机构结构设计

3．4 调距装置参数化建模实现方法研究

3．4．1 调距装置UG建模流程

3．4．2 调距装置参数化建模的实现

3．5 调距装置实体模型自动装配

3．5．1 使用NX Open进行装配建模

3．5．2 调距装置自动装配实现方法研究

第4章 调距装置有限元分析

4．1 ANSYS有限元分析

4．1．1 ANSYS软件简介

4．1．2 ANSYS有限元分析基本步骤

4．2 桨毂及叶根法兰有限元分析

4．2．1 桨毂及叶根法兰实体模型

4．2．2 桨毂及叶根法兰有限元模型

4．2．3 载荷及边界条件处理

4．2．4 计算结果分析

4．2．5 桨毂接触面载荷分析

4．3 转叶机构有限元分析

4．3．1 转叶机构实体模型

4．3．2 转叶机构有限元模型

4．3．3 转叶机构载荷及边界条件

4．3．4 转叶机构计算结果分析

4．4 液压伺服机构有限元分析

4．4．1 液压油缸有限元分析

4．4．2 伺服活塞有限元分析

4．5 调距桨装置有限元参数化自动分析

4．5．1 APDL参数化语言概论

4．5．2 基于APDL的调距桨装置有限元分析方法研究

4．5．3 基于APDL的调距桨装置有限元分析

4．6 调距装置选型方法研究

第5章 集成系统软件开发及设计实例

5．1 集成系统设计方案流程

5．2 软件功能模块及用户界面

5．2．1 软件功能模块

5．2．2 用户界面设计

5．3 集成系统软件计算实例

5．3．1 初始参数输入

5．3．2 参数化设计及建模实例

5．3．3 有限元分析实例

5．3．4 设计方案评估及模型生成

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与科研项目情况