挖岩绞刀的岩石切削试验及数值模拟

绞刀是绞吸挖泥船的核心部件,通过现场试验研究绞刀挖掘性能的代价巨大。针对在实船试验中难以遇到合适土质的问题,提出在实验室进行挖掘试验和数值模拟表征绞刀挖掘性能的方法。制作2 000 kW功率绞刀的缩比模型和不同单轴抗压强度的岩石模型,在实验室进行不同切削厚度、步进距离等参数的绞刀切削岩石的模型试验,建立1：1尺寸的绞刀数值模型和岩石模型,采用单元删除法模拟2 000 kW绞刀切削岩石的过程,分别模拟产量为240和500 m³/h的切削过程,并分析绞刀切削功率和横移拉力。结果表明,挖掘产量240 m³/h时的最大功率为1 884 kW、平均功率为1 088 kW,满足设计要求。     

大型绞吸挖泥船挖岩绞刀切削数值模拟

针对绞刀切削岩石的特点,建立了考虑步进距离和切层厚度的绞刀受力模型,然后分别建立5 000 kW绞刀物理模型和有限元模型。分析了在反刀切削岩石时绞刀的受力情况,绞刀在最大功率时的应力和变形。计算表明,5 000 kW绞刀在设计工况下,最大变形为1.84 mm,最大应力为140.5 MPa,分别满足刚度要求和强度要求,验证了绞刀设计的合理性。     

绞吸式挖泥船绞刀切岩数值模拟

针对挖泥船绞刀挖岩过程中绞刀切削力难以预测的问题,应用离散单元法建立了模拟绞刀切岩过程的模型。通过虚拟巴西劈裂试验和单轴压缩试验对岩石重要参数进行标定后,建立了软岩的bonding模型,结合Solidworks建立的绞刀三维模型进行切岩模拟。在绞刀切岩的离散元仿真中,得到绞刀挖岩过程中的切削受力,并研究绞刀在不同工况下对绞刀切削受力的影响。结果显示,切削形貌及绞刀受力与现实基本相符,这些结果可为新型挖泥船绞刀设计提供参考。     

挖泥船绞刀二维清水流场数值模拟

基于时均N-S方程对绞刀内部及周边流场进行二维数值模拟分析,采用标准k-ε湍流模型与多参考系模型对绞刀进行动静耦合的定常数值计算,获得不同绞刀转速与泵吸流量组合时的流场状态。以定常湍流计算作为初始条件应用RNG k-ε模型和滑移网格技术进行了绞刀流场的非定常数值计算,得到了流场参数随时间变化及动静区域间的影响与干涉。研究成果有助于初步认识绞刀内部及周边流场,可供绞刀设计及挖泥船施工参考。     

基于有限元法的耙齿土壤切削仿真

针对耙吸挖泥船耙齿切削土壤的问题,提出了基于有限元的数值模拟方法。建立了耙齿和土壤的三维力学分析模型,充分考虑到土体的黏塑性并将修正的Drucker-Prager土壤模型作为土体的非线性有限元模型。利用LS-DYNA软件的动态显式算法对过程进行模拟,分析了不同切削深度以及不同切削速度下所得到的切削阻力,并通过理论方法对结果进行对比分析,验证了ALE(Arbitrary-Lagrange-Euler)算法在切削大变形问题上的可靠性,为耙齿进一步研究奠定基础。     

基于三维离散元法的绞刀运转效能分析

针对不同绞刀结构下的运转效能影响机制问题,基于离散元(DEM)法,研究了锥型绞刀和冠型绞刀在切削土体过程的工作效能。结合工程实际数据,在三维离散元软件YADE中进行通用型绞刀头建模,并验证其数值模拟可靠性。优化绞刀结构形式,建立了新的锥型绞刀和冠型绞刀的三维模型并模拟分析了两者在不同工况下的切削过程。结果显示,锥型绞刀较冠型绞刀具有更优的挖掘效能。     

深层水泥搅拌船搅拌器切削砂土过程数值模拟

针对深层水泥搅拌船在海上进行砂土地基加固时掘进难题,利用数值模拟技术,建立了深层搅拌船搅拌器切削部件切削泥土和搅拌部件搅拌泥土的三维分析模型,土体的本构模型采用Drucker-Prager模型,应用单元损伤失效准则模拟砂土的破坏过程,并基于显式积分算法实现搅拌器切削齿切削砂土的动态过程仿真,分析搅拌器的切削阻力、切削功率和搅拌功率,以及正常工况下和极限工况下搅拌器的应力状态。结果表明,在极限工作状态下,搅拌器最大应力出现在端部,为231 MPa,满足强度要求。     

基于二维切削理论的绞吸式挖泥船绞刀头载荷分析

为计算绞吸式挖泥船绞刀头在不同工作状态下所受到的载荷作用,引入二维切削理论,根据不同的土质特征以及绞刀的不同几何形状和工作状态,对绞刀头所受到的载荷进行分析和研究。根据各参数之间的关系,用FORTRAN语言来实现载荷的计算,并对最终结果进行可靠性分析。     

天津港区硬质黏土切削过程的有限元模拟

硬质黏土的挖掘存在效率低的问题,需要研究该种土质的切削机理.利用数值模拟技术,建立刀齿切削硬质黏土的三维分析模型.土体的本构模型采用非线性弹塑性模型,应用单元损伤失效准则模拟硬质黏土的切屑,并基于显式积分算法实现了硬质黏土全物理过程的数值仿真,分析不同时刻的土体变形状态,得到刀齿的切削荷载.结果表明,对于所选定的硬质黏...     

基于岩石切削理论的超大型绞吸挖泥船绞刀动载荷分析

针对绞吸挖泥船疏浚岩石的工作特性,基于绞刀几何模型、运动学模型和动力学模型对绞刀疏浚岩石时的受力及其载荷波动性进行数值仿真。通过数值仿真切削功率和实际切削功率的对比进行了结果可靠性验证。利用Matlab/VB编制了研究绞刀受力以及载荷波动性的仿真系统。所得结果可为研发疏浚岩石关键设备提供参考依据。     

泥泵水力性能动态特征的数值模拟分析

在使用滑移网格模拟分析新设计的HDP-263-50-130-4型泥泵时,发现叶轮处于不同位置时,同一转速和流量下,泥泵的扬程、扭矩、效率均呈周期性的波动,该波动近似于正弦函数,各量波动幅度较大,波动周期等于叶轮转过两相邻叶片的夹角所需的时间 对于该型号泵,扬程的波动要领先力矩约0.21个波动周期,效率的波动领先力矩约0.34个波动周期;当叶轮的一个叶片转过蜗壳的第Ⅰ断面,且与此断面呈16.左右夹角时,泥泵达到最高效率,约为92％;当叶轮的一个叶片转向蜗壳的第Ⅰ断面且与其夹角约为29°时,泥泵效率最低,约为77％.经分析认为,泥泵水力性能波动的主因是运动叶轮与静止蜗壳之间的动静干扰,该干扰主要体现在叶轮相对涡舌的位置的变化引起涡舌周围流态的变化.     

基于粗糙集技术的绞吸船挖掘黏性土生产率预测

挖泥船是疏浚工程中应用最广泛的疏浚设备,其生产效率直接影响整个工程的效率。本文采用粗糙集技术建立了一个船舶生产率预估模型,并针对绞吸船挖掘黏性土这一工况,开展模型验证性试验。根据实船数据与经验研究成果,分别采用土质参数与土质等级两种方式表征土质变化情况,并对两种方式下生产率预估结果进行对比。结果表明：两种方式下生产率误差均在10%以下,采用粗糙集技术建立生产率预估模型的方法可行;基于土质等级建模得到的生产率预估值更接近实际生产率。     

绞吸挖泥船泥泵组合及转速匹配

对于相同的输送工况,泥泵的数量及各泵之间不同转速组合可能对泥泵效率、燃油成本产生影响,这种情况对于转速调节范围更大的变频电机驱动泥泵尤为明显。针对此问题,分析泥泵的相关特性以及泥泵组合和转速匹配原理,并以燃油消耗率为参考基准,对特定工况条件下泥泵组合和转速匹配案例进行深入研究。结果表明,在某特定工况条件下,必然存在一种最佳的泥泵数量和泥泵转速组合方案,可达到节省燃油的目的。     

疏浚作业船视景仿真的优化

针对1750m^3绞吸式挖泥船仿真训练器中视景部分的不足，提出了优化进程问的通讯、运动算法和通讯进程等改进方案，优化了系统操作过程中的场景真实性，改进了视景仿真数据接收的实时性。     

OpenGL在挖泥船疏浚仿真中的应用

在Visual Basic可视化集成开发环境下实现OpenGL的调用,并在OpenGL中读取3DS MAX挖泥船模型信息,实现绞吸式挖泥船疏浚动态显示。     

强夯加固饱和地基土的数值模拟

综合分析国内外有关饱和地基土强夯加固研究资料的基础上,考虑强夯作用下饱和土的流固耦合特性、土体非线性、强夯处理大变形理论,利用多孔介质模型,推导出有限元动力平衡方程,对强夯处理饱和地基土进行数值模拟,得到夯坑变形、流场分布、孔隙水压力分布等情况,为精确模拟分析强夯加固机理提供有效途径.     

半刚性水泥搅拌桩软基加固三维数值模拟

半刚性水泥搅拌桩加固处理的海堤软基沉降计算等问题基本以复合地基法为主。为对比分析复合指标与实体桩计算结果的差异,结合某斜坡式海堤工程实例,以岩土有限元软件PLAXIS 3D作为分析平台,分别采用实体桩及复合指标建立水泥搅拌桩海堤软基加固稳定性分析的空间弹塑性有限元数值模型。结果表明,实体桩模型能够较清晰地模拟出桩间土体的"土拱"效应、桩头平面处桩土间的沉降差,以及水泥搅拌桩对于桩间土体的"约束"作用,更为真实地反映软土地基的位移及应力分布情况。分析成果对类似工程以及半刚性桩加固处理软基的数值模拟计算具有一定的参考意义。     

固化软土双层地基室内模型试验数值模拟研究*

利用有限元软件ABAQUS对上覆硬壳层双层地基室内模型试验进行数值模拟.通过分析等效塑性应变分布云图与位移矢量分布图,确定了双层地基的破坏形式为冲剪破坏;硬壳层厚度的增加减缓了下卧软土层变形区的开展,但是地基承载能力增加不明显;加入纤维素的固化剂提高了硬壳层的强度,增加了地基的承载能力.在地基破坏特征和极限承载力方面,数值模拟与模型试验所得结果的吻合程度较高.