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转子式动海水腐蚀试验装置设计研究

作　者: 刘兴玉
导　师: 段明德；李伦
学　校: 河南科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 海水腐蚀试验装置 FLUENT VOF方法主轴
分类号: U661.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

船舶材料的性能极大地影响着船舶的航行工况和使用寿命。研制高耐蚀性、高耐污性和高耐冲刷性的新型材料一直是国内外的研究热点,对船舶材料进行性能测试是材料研究中的重要环节,试验装置是材料性能研究中的必要工具。本文的研究目的是研制一种新型的转子式动海水腐蚀试验装置,该装置能最大程度地模拟船舶材料在海水中的服役工况,提高试验数据的真实性和可靠性。主要研究内容如下:分析了转子式动海水腐蚀试验装置的国内外发展状况,根据试验装置的功能与技术要求确定了总体设计方案;在研究计算流体力学的基础上,利用CFD分析软件FLUENT,采用VOF两相流模型模拟了转子在不同浸入深度下的计算域流场,得到了计算域流场的运动规律,确定了转子的最佳浸入深度;以优化理论为基础,借助ANSYS有限元分析软件,运用APDL参数化设计语言对主轴系统进行了动态性能的分析与优化;运用研究结果,完成了转子式动海水腐蚀试验装置的研制,进行了试验装置的安装与调试。调试结果表明,研制的转子式动海水腐蚀试验装置运行平稳、性能可靠,能较好地模拟船舶航行时的实海环境。该装置已成功应用于我国某海洋自然环境试验站。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
第1章绪论  6-10
  1.1 研究背景  6
  1.2 研究现状  6-9
  1.3 本文研究内容  9-10
第2章试验装置的总体方案设计  10-16
  2.1 试验装置的功能与技术要求  10-11
    2.1.1 功能要求  10
    2.1.2 技术要求  10-11
  2.2 结构方案的设计与选择  11-13
    2.2.1 初选方案  11-12
    2.2.2 方案比较与选择  12-13
  2.3 试验试样设计  13
  2.4 旋转轮毂设计  13-14
  2.5 蓄水容器设计  14
  2.6 其它部件设计  14-15
  2.7 本章小结  15-16
第3章试验装置计算域流场分析  16-36
  3.1 CFD 理论概述  16-24
    3.1.1 CFD 与FLUENT 软件  16-18
    3.1.2 数学模型  18-24
  3.2 计算域流场仿真  24-27
    3.2.1 计算域的确定  24
    3.2.2 网格划分  24-26
    3.2.3 边界条件和初始条件  26
    3.2.4 求解器参数设置  26-27
  3.3 仿真结果分析  27-35
    3.3.1 浸入深度h=0.1 时的仿真结果  27-33
    3.3.2 不同浸入深度的仿真结果对比  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章试验装置主轴结构优化  36-54
  4.1 ANSYS 优化理论  36-42
    4.1.1 APDL 语言  36
    4.1.2 优化变量  36-37
    4.1.3 优化方法  37-41
    4.1.4 优化步骤  41-42
  4.2 主轴结构优化过程  42-52
    4.2.1 模态分析  43-47
    4.2.2 优化变量的确定  47
    4.2.3 参数化设计命令流  47-50
    4.2.4 优化结果  50-52
  4.3 本章小结  52-54
第5章试验装置的调试与应用  54-60
  5.1 试验装置的结构  54-55
  5.2 转子在主轴上的安装与调整  55-56
  5.3 试验装置的调试步骤  56-57
  5.4 故障分析及解决办法  57-58
  5.5 试验装置的应用  58-59
  5.6 本章小结  59-60
第6章结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间的研究成果  66

转子式动海水腐蚀试验装置设计研究

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