一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108959718A(43)申请公布日2018.12.07(21)申请号201810587319.7(22)申请日2018.06.08(71)申请人南京高精船用设备有限公司地址211100江苏省南京市江宁区科学园宝鼎路1号(72)发明人杜鹏常江柳德君皮志达高天(74)专利代理机构北京思创大成知识产权代理有限公司11614代理人王尧(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法(57)摘要一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析方法及支撑设计优化方法，首先，对船用螺旋桨设计模型三维图像文件进行预处理以及叶片分割，提取单个叶片以及与页片相连的桨毂图像；导入ANSYS软件中，进行网格划分；对螺旋桨下端面施加所有自由度约束和预紧力；进入模态求解模块，进行仿真获取无支撑的螺旋桨模态振型，对各模态中变形位移量最大的点进行支撑，确定首个支撑点的施加位置；重复仿真，进行支撑，直到各模态中变形位移量满足设计要求。本发明利用有限元分析软件ANSYS对船用螺旋桨进行模态振型分析，通过施加约束条件分析使用支撑时的模态变化，寻找优化的支撑方法。CN108959718ACN108959718A权利要求书1/1页1.一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析方法及支撑设计优化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(a)对船用螺旋桨设计模型三维图像文件进行预处理；(b)对预处理后的三维图像文件进行叶片分割，提取单个叶片以及与页片相连的桨毂图像；(c)将步骤(b)获取的三维图像文件导入ANSYS软件中，进行网格划分；(d)对螺旋桨下端面施加所有自由度约束；同时，对整个螺旋桨模型以重力作为预紧力施加载荷约束；(e)进入模态求解模块，设置模态频率阶数以及求解方法，进行仿真获取无支撑的螺旋桨模态振型，将振动位移最大的两阶振型中变形最大的位置作为首个支撑点，进行支撑；(f)重复步骤(e)的仿真，得到具有单个支撑的螺旋桨模态振型，再次获取各模态中变形位移量最大的点，进行进一步支撑，根据实际工况，重复上述支撑，完成支撑优化。2.如权利要求1所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于步骤(a)中预处理具体为：对船用螺旋桨设计模型三维图像文件进行删减，去除三维图像中的辅助面或线。3.如权利要求2所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于预处理还包括：对于螺旋桨模型叶梢部分未闭合曲线形成的尖角，选择同心圆柱面截取尖角部分，所述的同心圆柱面截圆直径小于螺旋桨直径9-11mm，优选10mm。4.如权利要求1所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于步骤(c)中，文件导入ANSYS软件后，选择10节点四面体solid187单元，对图像进行网格划分。5.如权利要求1所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于：步骤(a)中将螺旋桨模型进行分割时，按螺旋桨结构的复杂程度将桨毂部分和叶片部分分割开来。6.如权利要求5所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于：步骤(c)中，进行网格划分时，对桨毂部分和叶片部分分别设置较小单元和稍大单元。7.如权利要求1所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于：步骤(d)中施加约束条件时，为了与实际工况相符合，设置下端面的六个自由度全部约束，根据实际不同的装夹工况能够进行相应的修改。8.如权利要求1所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于：步骤(e)中，设置的模态频率阶数为10-15阶，优选15阶。9.如权利要求1所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于：步骤(e)中，求解方法采用BOLCKLANCZOS方法。10.如权利要求1所述的一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法，其特征在于：步骤(f)中，根据实际的工况，使振动位移最大振型的全局变形相比未支撑优化20％以上；或者，使振动位移最大振型的最大变形减小20％，完成优化。2CN108959718A说明书1/4页一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑设计优化方法技术领域[0001]本发明涉及大型船用螺旋桨有限元模态仿真领域，更具体的，涉及一种基于有限元的大型船用螺旋桨模态分析及支撑优化设计方法。背景技术[0002]计算机技术的发展，给人类解决工程问题带来了越来越多的便利。有限元分析的也逐渐扮演着越来越重要的角色，成为解决工程问题不可或缺的计算手段