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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳豐任
研究生(外文):Feng Zen Wu
論文名稱:複合材料螺槳製程與結構分析
論文名稱(外文):The Manufacture and Structural Analysis of Composite Propellers
指導教授:林輝政林輝政引用關係
指導教授(外文):H. J. Lin
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:造船及海洋工程學研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2000
畢業學年度:88
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:複合材料螺槳
外文關鍵詞:CompositePropeller
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本文主要針對複合材料螺槳製程與數值有限元素結構分析進行研究探討。
於製程方面,依據螺槳幾何設計螺槳材料配置與改變材料排列角度,於現有實驗設備進行材料剪裁、壓模鑄造、開模加工等程序,再於嘉義布袋港進行實船測試,性能表現良好且強度方面無虞。
於結構分析方面可分為兩部分,一為螺葉根部視為固定端,螺葉則採用殼元素,再依MIT-PSF2程式計算流體壓力施加負荷於螺葉,使用Nastran for Windows 3.02分析軟體進行結構分析,其中包含應力分佈、初始破壞參數與變形分佈等。
第二部分則加入螺轂與螺葉接合進行分析,螺葉仍為一殼體結構,螺轂則以三維Solid元素模擬進行分析,再與第一部份做比較。
由結果得知,螺槳最大應力發生於螺葉與螺轂交界線上,最大變形發生於葉尖;且由於纖維角度排列不同會造成結構分析上有所改變,故可利用其特性加以設計。若加入螺轂接合討論,其與視螺轂為固定端之結果相似。以上討論可提供往後螺槳結構分析做為參考。
The manufacture and structural analysis of the composite propeller are investigated in this paper .In the manufacture , design the arrangement of the propeller material based on the propeller geometry and change the angle of the material ply . And then prepare the propellers in some processes , like cutting materials, molding , and polishing .Equip them on the boat and test their performance .On the structural analysis , the finite element method is employed . First the hub of the propeller in the analytic model assumes as fixed end , and blades as shell elements . Impose loadings according to the pressure obtained from MIT-PSF2 hydrodynamics calculation , and analyze the structural strength included the stress , failure index , and deformation by NASTRAN for Windows 3.02 software .Secondly , consider the joint between blades and the hub , and compare with the former . Here solid elements are used in the hub , and shell elements are used in the blade too .
From numerical results , it seems that the maximum stress occurs near the mid-chord of blade-hub intersection , the maximum deflection occurs at the tip of the blade . The character that the structural property varies with materials and ply orientations is significant for structural strength and propeller performance . And the results of the both parts are similar . The above-mentioned would be useful information for the study on composite propellers .
第一章 緒論 …………………………………………………… 01
1-1 研究動機 …………………………………………………… 01
1-2 文獻回顧 …………………………………………………… 04
1-3 論文架構 …………………………………………………… 06
第二章 螺槳幾何……………………………………………….. 07
2-1 幾何簡介 …………………………………………………… 07
2-2 螺槳三維座標之計算 ……………………………………… 10
2-3 螺槳幾何性質不同之影響 …………………………….….11
第三章 複合材料螺槳設計與製程...………………….….... 13
3-1 螺槳基本幾何資料 …………………….………………….13
3-2 螺槳材料性質及配置 ……………………………………… 16
3-3 複材螺槳之製造 …………………………………………… 18
第四章 複材及鋁合金螺槳結構分析..…………………...... 22
4-1 有限元素分析網格……………………………………………22
4-2 分析理論概述…………………………………………………23
4-3 螺槳結構分析…………………………………………………28
4-3-1 1號螺槳結構分析…………………………………….…32
4-3-2 1~4號螺槳結構分析比較……………………………… 42
第五章 複材螺槳螺葉與螺轂接合之討論……………........ 52
5-1 前言..……………….………………………………………52
5-2 螺槳之結構分析…………………………………………….52
第六章 結論..…………………………………………………… 59
6-1 綜合討論………….…………………………………………59
6-2 於未來研究之建議……………………………………………60
參考文獻…………..……………….…………………………….61
附錄A ………………………………………………………………63
附錄B ………………………………………………………………65
附錄C ………………………………………………………………69
參考文獻
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