巖土掘削的數(shù)值分析新方法與新型裝置的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)逐步向大型化、機(jī)械化和自動(dòng)化方向發(fā)展。高性能巖土施工機(jī)械在軍事、鐵路、水利、礦山和建筑施工中顯得十分重要。目前，我國(guó)高性能巖土施工機(jī)械多依賴于進(jìn)口，巖土掘削機(jī)理研究甚少，未見適用的數(shù)值分析方法。為了提高我國(guó)巖土施工機(jī)械的研發(fā)能力，加速實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，本文在MLPG無網(wǎng)格法的基礎(chǔ)上提出一種適用于巖土掘削分析的數(shù)值分析方法，結(jié)合理論、實(shí)驗(yàn)方法對(duì)巖土掘削進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上研制了兩種新型巖土掘削裝置。

2、　　首先提出一種新的巖土掘削數(shù)值分析方法—PMLPG法，該方法屬于無網(wǎng)格法，擺脫了有限元網(wǎng)格的限制，適用于不連續(xù)問題和大變形問題的分析，具有計(jì)算效率高和精度高的特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用在巖土掘削分析中，對(duì)新型巖土掘削設(shè)備的開發(fā)提供有力工具。該方法在多邊形內(nèi)采用三角積分，大大減小了計(jì)算量；建立臨近點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，提高了影響節(jié)點(diǎn)的搜索速度。巖土掘削數(shù)值分析要求無網(wǎng)格法擁有高效而適應(yīng)性強(qiáng)的本質(zhì)邊界條件處理方法，本文提出一種新的處理方法，該方法通過改變邊界

3、節(jié)點(diǎn)權(quán)函數(shù)使試函數(shù)通過邊界節(jié)點(diǎn)，并采用對(duì)角元素改1法滿足本質(zhì)邊界條件，該方法靈活性強(qiáng)，適用于各種巖土掘削問題。
　　針對(duì)土的切削破壞和巖石切削破碎的非線性數(shù)值分析，采用PMLPG法，并結(jié)合摩爾-庫侖破壞準(zhǔn)則，解決了土體在切削過程中的大變形和彈塑性問題；提出裂紋尖端改進(jìn)的權(quán)函數(shù)，解決了巖體破碎的不連續(xù)問題；繼而編寫材料非線性、裂紋發(fā)展顯示動(dòng)力學(xué)分析PMLPG法程序，并將其應(yīng)用在巖土掘削的研究中。在保證計(jì)算精度的條件下，PMLPG法程

4、序全面改進(jìn)傳統(tǒng)無網(wǎng)格程序算法，大幅度降低數(shù)值計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)上完成巖土掘削的復(fù)雜分析。將該程序應(yīng)用在土的剪切破壞和巖石的切削破碎分析中，取得了與巖土切削實(shí)驗(yàn)非常貼近的結(jié)果。
　　結(jié)合工程實(shí)際，針對(duì)旋挖巖土技術(shù)，考慮了切削角的變化和刀刃側(cè)向的剪切破壞影響，建立了旋挖阻力計(jì)算模型。同時(shí)進(jìn)行巖土旋挖實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)比理論、數(shù)值分析結(jié)果，證明了理論公式的正確性。針對(duì)銑削巖土技術(shù)，考慮難以處理的強(qiáng)節(jié)理巖層，對(duì)多種巖石試樣進(jìn)行切削破碎實(shí)驗(yàn)和理