土壤與水下采挖機具的相互作用研究.pdf

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

2、，以及機具與土壤不同的材料特性進行研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　（1）分析了機具采挖土壤的沖擊動力學原理，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特性；針對土壤的應力應變特性，概括了兩種理想彈塑性模型的本構(gòu)關系，并選取適合進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，對抓斗顎瓣進行結(jié)構(gòu)設計和實體建模；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旋轉(zhuǎn)的角速度，遞交LS-DYNA進行計算，在LS-PREPOST后處理軟件中進行可視化后處理，得到二者的等效應力分布、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