绞吸式挖泥船光刃绞刀的切削性能

为研究光刃绞刀的切削性能,采用数值分析软件LS-DYNA分析光刃绞刀和带齿绞刀的切削动力学过程,对比这2种绞刀在不同切削工况下对土壤和岩石的切削性能。结果表明:在切削岩石时,光刃绞刀在切削力和切削能耗方面的表现均优于带齿绞刀;在切削土壤时,光刃绞刀在切削力和切削能耗方面的表现与带齿绞刀相近。由此可见,将光刃绞刀应用于含杂物的软质土壤切削作业中具有一定的可行性。     

挖泥船绞刀齿切削岩石的离散元分析

采用离散元法建立数值模型,对绞刀齿切削岩石的正刀和反刀过程进行模拟计算,获得了绞刀齿及其前刀面在切削过程中的受力情况,统计了正刀、反刀切削的产量、能耗以及比能。结果表明:与正刀切削相比,反刀峰值切削力更小,产量更高,比能更小。该研究结果可以为实际施工工艺提供技术参考。     

基于三维切削理论的绞刀载荷分析*

绞吸挖泥船在作业过程中,绞刀载荷对施工影响显著。由于刀具作用于岩石和土壤的过程是三维的,针对传统的二维切削理论在绞刀载荷分析上的不足,研究了适用于绞刀的三维切削理论。研究二维切削情况下绞刀齿和被切削岩土块的力学平衡方程,提出了用于绞刀载荷分析的力学模型。在绞刀齿的三维坐标矩阵的基础上,进行载荷的坐标变换,给出绞刀的横移载荷、对地载荷和顶推载荷的表达方式。实例计算表明,所提出的绞刀的力学模型可以用于绞刀载荷的计算和分析,对于绞刀的设计和绞吸挖泥船的安全施工具有一定的指导价值。     

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。     

绞吸挖泥船大功率挖岩绞刀的荷载分析*

针对绞吸挖泥船在挖岩施工过程中绞刀荷载难以定量确定的问题,建立刀齿的坐标模型,根据施工参数判定刀齿大圈切削状态,利用单齿切削岩石的荷载模型建立绞刀整体的荷载分析模型,计算绞刀在不同转动速度、横移速度、姿态角度和岩层厚度等工况下的横向力、竖向力、纵向力以及绞刀功率情况,每种工况以正刀和反刀两种姿态进行分析。结果表明,无论正刀还是反刀施工,绞刀的转动速度和横移速度都对绞刀的功率消耗产生正相关影响,绞刀的姿态和泥层切削厚度对绞刀荷载的影响最大。     

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。     

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。     

疏浚绞刀切削土壤的数值模拟

基于有限元FEM法研究绞刀切削土壤过程。参数化建立绞刀模型,对绞刀进行模态分析,分析不同阶数下的固有频率及振幅,为绞刀加工提供依据;采用LS-DYNA模拟绞刀切削土壤的过程,选取MAT147为土壤材料模型,研究不同时刻的土壤切削形态,将得到的切削阻力与理论结果对比,验证数值模拟的可靠性。     

绞吸式挖泥船挖岩绞刀动载荷模拟分析

综合绞吸式挖泥船工作时各种挖掘工艺参数、绞刀结构尺寸及疏浚岩石的切削原理,提出一种绞刀动载荷分析方法,利用VB编制了一套绞刀动载荷模拟分析软件,对WY-4200型绞刀进行模拟分析,所得结果可为该设备的强度分析及挖掘工艺参数的制定提供参考依据.     

挖泥船绞刀参数化三维建模

绞刀是绞吸式挖泥船的关键机具,对提高挖掘功效具有决定性作用。根据现有土壤切削理论和疏浚施工实践,分别建立了绞刀结构形状与不同类型土质的关系,绞刀切削动力特性与土质特性关系的数学模型,以及各种绞刀刀齿模型库。在VB语言环境下对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,实现了绞刀参数化三维建模。设计者输入土质、产量或功率等参数即可得到相应的三维绞刀。这种参数化三维建模的方法使用简便、立体感强,既缩短了设计周期,又提高了设计的精度,更便于绞刀的应力分析和优化设计。     

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。     

海底犁式挖沟机犁体曲面优化设计(英文)

The plow of the submarine plowing trencher is one of the main functional mechanisms, and its optimization is very important. The design parameters play a very significant role in determining the requirements of the towing force of a vessel. A multi-objective genetic algorithm based on analytical models of the plow surface has been examined and applied in efforts to obtain optimal design of the plow. For a specific soil condition, the draft force and moldboard surface area which are the key parameters in the working process of the plow are optimized by finding the corresponding optimal values of the plow blade penetration angle and two surface angles of the main cutting blade of the plow. Parameters such as the moldboard side angle of deviation, moldboard lift angle, angular variation of the tangent line, and the spanning length are also analyzed with respect to the force of the moldboard surface along soil flow direction. Results show that the optimized plow has an improved plow performance. The draft forces of the main cutting blade and the moldboard are 10.6% and 7%, respectively, less than the original design. The standard deviation of Gaussian curvature of moldboard is lowered by 64.5%, which implies that the smoothness of the optimized moldboard surface is much greater than the original.     

海底多金属硫化物采掘头滚筒排布方式

为了得到合理的海底多金属硫化物采掘头滚筒排布方式,对现有的两种采掘头滚筒排布方式进行对比研究。首先进行了单齿切削实验,验证了有限元软件模拟切削多金属硫化物方法的有效性。然后利用有限元软件对不同排布方式的采掘头切削多金属硫化物矿体进行了数值模拟仿真,得到两种排布方式下滚筒及截割臂的三向力、采集率、比能耗等,结果表明两种排布方式都能平衡采掘头的侧向力,采掘头纵轴式排布相比横轴式排布采集率略低,但其比能耗相比横轴式排布要低很多。     

新型竖直轴海洋能发电设备叶片的优化与仿真

为深入了解新型竖直轴海洋能发电设备的性能,对其叶片结构的流场特性和设备在流场中的动力收集特性进行仿真研究.建立不同结构叶片和不同数量叶片的二维模型,通过仿真计算,得到不同结构叶片的流场状态,以及叶片数分别为3、4和6时设备的合力和转矩大小.研究结果表明:在矩形叶片上开长方形孔能明显改善叶片后方的涡流,提高叶片的性能;当入口速度不变时,设备所受合力和转矩会随叶片数量的增加而增大;当叶片数量不变时,设备所受合力和转矩会随入口速度的增加而增大.研究结果可为新型竖直轴海洋能发电设备的结构设计与优化提供参考.     

锤击沉桩施工参数的相关性探讨

从动能守恒和动量守恒出发,基于一定的假设条件,分析锤击沉桩过程中施工参数间的相关性,如桩锤质量和桩基质量、锤击能量和桩基贯入度、桩锤质量和贯入度、锤击应力和桩基贯入度等。结果表明:通过计算得出的锤击力和锤击应力,选择合适的锤型和锤击能量可保证顺利沉桩;预判桩基在一定岩(土)层条件下可能产生的贯入度,为锤击沉桩过程中的贯入度控制标准提供依据;结合贯入度控制标准,计算出在锤击沉桩过程中的能量消耗,为选锤标准提供依据;根据确定的桩型和桩锤来选择合理的桩垫材料,使其在锤击沉桩过程中发挥最好的效能。     

绞吸式挖泥船绞刀系统技术现状及发展

绞刀系统是绞吸式挖泥船的核心工作机构,其利用绞刀的切削作用将水下泥土搬离原有位置并与附近的水混合形成泥浆以便于输送,改善绞刀系统性能可显著提高挖泥船工作效率。在综合研究和分析绞刀切削理论基础上,本文归纳和总结了国内外挖泥船绞刀结构形式、驱动技术的现状和进展。针对具体疏浚工程特点,提出采用适于加工工艺、耐磨、可调环保型绞刀,可明显提高绞刀工作性能。比较和分析了液压马达、交直流电机驱动绞刀系统的特点和存在的问题,表明采用调速优良、效率高、损耗小的开关磁阻电机驱动方式将是绞刀驱动系统发展的趋势。     

6500m3/h绞吸船用泥泵四叶片叶轮研发

为适应绞吸挖泥船超长排距时的施工需要,在6500m³/h绞吸挖泥船原三叶片高效高压泥泵的基础上,保证叶轮外形尺寸不变、叶轮流道通过能力不下降的情况下,分别对叶轮轴面和轴面流线进行水力设计,设计叶轮为四叶片扭曲叶片,并结合数值模拟对叶片包角进行优化计算,确定叶片包角为138°。通过模型泵试验,对比测试与模拟计算结果,验证叶轮的水力性能。通过对比四叶片与原三叶片高效高压泥泵的性能参数,预测两者在不同土质、不同排距下的生产率与能耗情况。结果表明,四叶片泥泵扬程比原三叶片高效高压泥泵提高了18 m以上,最高效率达到86%,且通过球径均为425 mm;土质为0.2 mm细砂时,研发泥泵的生产率提高了9%以上,排距提高了14%以上,耗功最小值降低了约3.5%。     

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...     

单耙齿切削黏土机理试验研究

黏土是疏浚工程中分布广泛且较为难挖的土质。为了分析黏土切削过程中的土体破坏机理,对2种不同含水率的黏土进行二维与三维切削试验研究。试验考虑不同切削角度（30°、45°和60°）和不同切削深度（50、100和150 mm）对黏土切削力的影响。通过切削力传感器测得切削过程产生的水平和垂直切削力;并在切削刀具表面不同位置布置压力传感器,测得切削过程中刀具不同位置受到的土体压力;布置摩擦力传感器,测得切削过程产生的摩擦力;在切削过程中观察土体的变形和破坏形态。通过黏土的切削试验,讨论不同的切削参数对黏土切削力的影响,分析黏土切削的土体破坏机理。     

近海风机叶片动力特性分析

The topic of offshore wind energy is attracting more and more attention as the energy crisis heightens.The blades are the key components of offshore wind turbines,and their dynamic characteristics directly determine the effectiveness of offshore wind turbines.With different rotating speeds and blade length,the rotating blades generate various centrifugal stiffening effects.To directly analyze the centrifugal stiffening effect of blades,the Rayleigh energy method (REM) was used to derive the natural frequency equation of the blade,including the centrifugal stiffening effect and the axial force calculation formula.The axial force planes and the first to third order natural frequency planes which vary with the rotating speed and length were calculated in three-dimensional coordinates.The centrifugal stiffening coefficient was introduced to quantitatively study the relationship between the centrifugal stiffening degree and the rotating speed,and then the fundamental frequency correction formula was built based on the rotating speed and the blade length.The analysis results show that the calculation results of the fundamental frequency correction formula agree with the theoretical calculation results.The error of calculation results between them is less than 0.5%.