Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота (ЦНИИМФ), созданный в 1929 году, является головной научной организацией Российской Федерации в области морского транспорта, занимающейся практически всеми проблемами отрасли: проектированием судов, развитием технологий перевозки и перегрузки, технико-экономическими исследованиями в области морского флота, и др.
По заказу АО «ЦНИИМФ» компания «МЦД» выполнила расчет напряженно-деформированного состояния лопасти гребного винта на конической ступице.

Необходимо было выполнить анализ напряженно-деформированного состояния лопасти с постоянным радиусом скругления между лопастью и конической ступицей для пяти расчетных случаев.

В качестве расчетной геометрии была использована ступица винта с расположенной на ней одной лопастью. Для остальных лопастей расчет аналогичен, поэтому не было необходимости выполнять моделирование каждой лопасти. Кроме того, высокие механические напряжения формируются в материале самой лопасти и не передаются на ступицу, следовательно, взаимное влияние лопастей друг на друга также отсутствует.

Построение геометрии выполнялось по предоставленным сечениям лопасти. Информация о сечениях формировалась в виде текстового файла с координатами точек, формирующих кривые в декартовой системе координат.

После построения геометрии лопасти выполнялось объединение тела лопасти со ступицей. В месте стыка лопасти и ступицы формировалась галтель.

Сетка строилась из тетраэдров второго порядка.

Инженерами был выполнен статический анализ с учетом геометрической нелинейности. В результате расчета во всех точках модели было получено напряженно-деформированное состояние.

В первую очередь выполнялось сравнение результатов для двух случаев нагружения: Load Case 1 и Load Case 2. Эти два случая соответствовали нагрузке с одной стороны лопасти в противоположных направлениях. Напряженные состояния в этих случаях должны были быть близки по характеру, но противоположны по знаку – там, где в первом случае растяжение, во втором – сжатие и наоборот. Было выполнено сравнение по главным напряжениям.

Для третьего случая наблюдалась аналогичная по характеру картина для максимальных сжимающих напряжений. Величина напряжений отличалась, так как нагрузки в расчетных случаях различны. Координаты пиковой точки в обоих расчетных случаях совпадали.

Напряженно-деформированное состояние можно охарактеризовать как изгиб лопасти. Соответственно, с противоположной стороны имеется точка, где также имеют место пиковые значения напряжений. Для каждого случая нагружения инженерами были найдены максимальные сжимающие/растягивающие, а также эквивалентные напряжения.

Для всех пяти расчетных случаев были построены эпюры эквивалентных напряжений с двух ракурсов для каждого случая.