微型观光潜艇推进装置研究

论文摘要

在潜艇在航行过程中,潜艇推进装置受到多种复杂载荷的作用,推进装置是潜艇动力装置的重要组成部分,推进装置能否可靠工作是保证潜艇安全航行的基本条件,不合理的推进装置的设计会使轴系受力超出合理范围,轴系及艇体振动及噪声过大甚至导致轴破裂,影响潜艇的航行性能,所以潜艇推进装置的研究不可忽视。本文针对气动微型观光潜艇的推进装置进行了研究,主要研究内容包括：首先,通过给定推进装置功能、性能等方面的设计要求,对推进装置进行方案及其结构设计,包括潜艇驱动系统、主推进装置形式布置、停车装置、轴系润滑及密封等。其次,通过对数学模型的研究,描述轴系弯矩、位移、转角等,采用三弯矩法对轴系进行轴系校中分析,利用MATLAB进行编程计算,根据计算结果重新定位各轴承。再次,利用ANSYS进行凸缘联轴器连接及轮胎式联轴器连接时轴系的模态分析,求出不同状态下轴系的各阶固有频率和振型,并对比得出相应结论。最后,应用OptiStruct对轴系的各支撑部件进行了拓扑优化设计,并对拓扑优化前后的结构进行了静力学有限元分析。然后对艉轴、中间轴、推力轴进行了结构静力学有限元分析,得出各受载部件的应力及变形状况,验证轴系结构强度、刚度的安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 微型潜艇发展趋势及展望
• 1.4 推进装置概述
• 1.5 课题研究内容
• 第2章 主推进装置总体方案设计
• 2.1 推进装置设计要求
• 2.1.1 功能要求
• 2.1.2 技术要求
• 2.2 主推进装置总体结构
• 2.3 主推进系统方案设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 推进装置结构设计
• 3.1 螺旋桨设计
• 3.2 轴系设计
• 3.2.1 推进轴系结构形式
• 3.2.2 推进轴系设计计算
• 3.3 减速器的选型设计
• 3.4 制动装置设计
• 3.4.1 盘式制动器主要参数的确定
• 3.4.2 制动器制动力矩的确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 轴系校中设计
• 4.1 三弯矩法基本概念
• 4.2 数学模型的建立
• 4.2.1 弯矩支反力转角的计算
• 4.2.2 支承反力的计算
• 4.2.3 各支座截面处转角
• 4.3 三弯矩法的优化算法及编程
• 4.3.1 MATLAB简介
• 4.3.2 三弯矩方程组求解程序的编制
• 4.4 校中数据结果及说明
• 4.4.1 直线校中结果及说明
• 4.4.2 曲线校中结果及说明
• 4.5 本章小结
• 第5章 推进轴系振动分析
• 5.1 有限元法概述
• 5.2 有限元法解决振动问题的解算步骤
• 5.2.1 系统离散化
• 5.2.2 单元特性分析
• 5.2.3 轴系振动系统运动方程的建立
• 5.2.4 求解振动系统方程
• 5.2.5 ANSYS简介
• 5.3 采用凸缘联轴器连接时轴系的模态分析
• 5.3.1 建立实体模型
• 5.3.2 建立有限元模型
• 5.3.3 模态计算结果说明
• 5.4 采用弹性联轴器连接时轴系的模态分析
• 5.4.1 建立实体模型
• 5.4.2 建立有限元模型
• 5.4.3 模态计算结果说明
• 5.5 本章小结
• 第6章 推进轴系拓扑优化及有限元分析
• 6.1 拓扑优化概述
• 6.2 支撑部件拓扑优化分析
• 6.2.1 建立拓扑优化有限元模型
• 6.2.2 施加载荷和约束
• 6.2.3 拓扑优化设置及计算
• 6.2.4 拓扑优化结果分析
• 6.3 支撑部件拓扑优化前后的有限元分析
• 6.3.1 建立有限元模型
• 6.3.2 施加载荷和约束
• 6.3.3 有限元计算结果分析
• 6.4 轴系的有限元分析
• 6.4.1 建立有限元模型
• 6.4.2 施加载荷和约束
• 6.4.3 有限元计算结果分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢