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碳纖維復合材料在船舶螺旋槳推進器上的應用
發布時間:2019-12-26
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由于船舶推進器要承受較大的推力和扭矩,因此其制造材料的強度和剛度的要求比較高。通常,船舶推進器的螺旋槳采用鎳鋁銅合金(NAB)材料制造,相比于其他金屬材料,采用NAB材料制造的螺旋槳具有耐腐蝕、易加工、可防止海洋生物附著等優點;但其也存在諸多問題,如復雜葉片加工費用高、葉片易疲勞產生裂紋、空泡剝蝕嚴重、聲學阻尼性相對較差、振動噪聲大等。目前在船舶推進器上應用較多的是碳纖維增強復合材料。

碳纖維復合材料在船舶螺旋槳推進器上的應用
碳纖維增強復合材料(簡稱CFRP)具有高強度、高模量、耐溫差變化、耐腐蝕、耐輻射等優異性能,而且比強度、比模量等綜合指標在現有的結構材料中幾乎是最高的。相對于金屬材料來說,碳纖維復合材料還可以大幅度減輕設備的重量。因此,近年來,碳纖維復合材料在船舶上的應用研究引起了多方重視,獲得了造船工程界的青睞,逐漸被應用于包括上層建筑、甲板、管路及推進器等在內的船舶各結構部件的制造中。
 
對于大型船舶,減輕自重是提高性能的重要途徑之一。通常,船舶采用的金屬軸系質量相當大,特別是在大型船舶中,推進軸的質量約占船舶整體質量的2%,而使用碳纖維復合材料可明顯減輕船舶驅動軸的重量,驅動軸約長,質量減少得越大;碳纖維復合材料推進軸具有較高的彈性,適應性強,可以隨著船體變形。因此,其應用可以減少所需彈性聯軸節的數量,簡化齒輪系統,降低安裝及軸承支撐件的成本并實現輕量化。
 
碳纖維復合材料的應用也可使振動問題得到改善;此外,水下環境腐蝕性強,金屬材料在船舶中的應用還面臨著嚴峻的腐蝕問題,而復合材料的應用可以解決這個問題,且磨損較小,使用周期更長。當然,碳纖維復合材料螺旋槳與NAB合金螺旋槳相比,也存在缺點。研究結果表明,碳纖維復合材料螺旋槳的最大葉梢變形較大,而碳纖維復合材料推進軸的不足之處主要是硬度不夠,能夠傳輸的推力和轉矩有限。此外雖然碳纖維復合材料雖然整體強度高且變形承受程度大,但其塑性不如金屬材料,如果局部受力很容易產生結構損傷。目前研究人員正在致力于彌補碳纖維復合材料這方面的不足。
 
綜上所述,在船舶制造領域,碳纖維復合材料大有作為,未能普及應用的主要原因是存在技術問題,需要解決設計、制造、性能和維護等問題,需要進一步提高碳纖維復合材料的硬度和塑性,使其能更好的與金屬材料相結合。隨著碳纖維復合材料制造工藝水平的提高,未來,碳纖維復合材料在船舶推進及其它應用必將展現出更為廣闊的前景。(來源:江蘇博實碳纖維)
 
 
 

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