无人帆船翼帆桅杆根部应力影响因素及其影响规律研究

为研究翼帆桅杆根部应力的影响因素及其影响规律,基于等效原理提出了桅杆根部应力的数值计算模型,并通过有限元计算验证了所提模型的准确性。基于所建模型推导发现,对桅杆根部应力造成影响的参数共包含4个外部参数(无人帆船横摇周期、横摇幅值、横摇角度、翼帆偏转角度)和3个翼帆本体参数(翼帆重心高度、翼帆质量、偏心距离)。基于所建模型分析了上述因素对桅杆根部应力的影响规律,发现应力值与横摇周期成递减的负二次幂函数关系,与横摇幅值、翼帆重心高度、偏心距离和翼帆质量成正比,应力值随偏转角度的变化曲线与正弦曲线相吻合,并且在一个横摇周期内应力值曲线呈现正弦波形。最后,针对应力集中于桅杆根部的情况,提出了一种设置加强筋以优化结构的方法,并通过有限元计算和转台晃动实验分析的方法进行了验证,发现所提方法可以有效减小翼帆桅杆工作过程中根部的应力值。