土壤與水下采挖機(jī)具的相互作用研究.pdf

1、水下采挖機(jī)具指的是安裝在各種水下設(shè)備上的采挖裝置，廣泛應(yīng)用于水利交通、港口航道建設(shè)中的疏浚工程，海底地質(zhì)勘探與研究的采樣挖掘，水下考古等領(lǐng)域。水下土壤與水下采挖機(jī)具的相互作用是水下采挖機(jī)具設(shè)計中需要考慮的關(guān)鍵問題之一，水下土壤對機(jī)具的采挖阻力將影響其設(shè)備的性能和效率。本文通過顯式動力學(xué)分析軟件ANSYS/LS-DYNA對二者的相互作用進(jìn)行有限元分析。
　　本文選取兩種主要水下采挖機(jī)具——疏浚抓斗和柱狀取樣器，針對二者不同的采挖方式

2、，以及機(jī)具與土壤不同的材料特性進(jìn)行研究，具體研究內(nèi)容如下：
　?。?）分析了機(jī)具采挖土壤的沖擊動力學(xué)原理，得到二者相互作用的有限元計算方程。分析水下土壤的一般物理和力學(xué)特性；針對土壤的應(yīng)力應(yīng)變特性，概括了兩種理想彈塑性模型的本構(gòu)關(guān)系，并選取適合進(jìn)行本次有限元分析的土壤模型。
　?。?）以疏浚抓斗為研究對象。以陸上散貨抓斗為參照，對抓斗顎瓣進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和實體建模；分析抓斗顎瓣挖掘過程中的受力情況，根據(jù)經(jīng)驗公式，計算所設(shè)計抓斗各

3、個阻力隨挖掘深度的變化情況；在ANSYS/LS-DYNA軟件中建立系統(tǒng)的有限元模型，對抓斗顎瓣施加繞鉸接點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角速度，遞交LS-DYNA進(jìn)行計算，在LS-PREPOST后處理軟件中進(jìn)行可視化后處理，得到二者的等效應(yīng)力分布、接觸力、能耗等情況。
　?。?）以沉積物柱狀取樣器為研究對象。針對取樣器的工作方式，分析取樣過程中的受力；在ANSYS/LS-DYNA軟件中建立有限元模型，對取樣管施加位移-時間載荷，使取樣管垂直插入水底土壤中