切削前角对刀齿线性切削岩石的影响

为研究切削前角对刀齿切削岩石的影响,利用自主研发的刀齿线性切削岩石试验装置对砂岩进行切削前角处于-40°~50°区间的切削试验.实时采集试验中刀/岩的相互作用力,记录所形成的切削槽形状,收集切削形成的岩石碎块并得到其粒径分布,进而分析岩石碎块的分形特征;同时,利用碎块的分形维数定量描述碎块的粒径分布.结果表明:随着切削前角从-40°逐渐增加到50°,切削槽的宽度不断增大,尤其是在切削槽初始形成端;随着切削前角的增加,岩石碎块的分形维数、刀/岩的平均切向力和平均法向力均逐渐减小,且其均可采用切削前角的指数函数表示,平均切削力与平均法向力的比值处于0.56~1.84之间,且无规律性变化.

SPH法数值仿真三维切削破岩和切削力估算

以Mohr-Coulomb模型描述岩石,在LS-DYNA中用SPH(Smootheed Particle Hydrodynamics)法模拟三维刀齿切削破岩,探讨切削参数和岩石性质对切削力的影响.基于切削力随各切削参数和岩石性质的变化规律,建立切削力估算公式.用所得公式计算切削力,并与实验值进行比较.仿真结果表明:切削厚度、切削前角、切削宽度、岩石的内聚力和内摩擦角对切削力影响显著,切削速度在较低范围内变化时对切削力影响非常小.三维切削仿真能够较好地反映刀齿两侧岩石颗粒对切削的影响,比二维理论模型更接近实际.所得切削力估算公式能准确计算仿真中的平均切向力,且其计算值能与实验吻合较好.验证了基于SPH法的数值仿真用于研究刀齿切削破岩的可靠性.

圆锥齿切削破岩的切削力估算

通过分析现有切削破岩峰值切削力计算公式和实验数据,进一步明确了切削力与岩石性质及切削厚度之间的关系,得到形式简单、适用性广、误差低的切削力估算公式.分析多组独立的、分别改变切削厚度和岩样进行实验得到的实验结果,并结合现有切削力计算理论拟合实验数据.结果发现：峰值切削力与切削厚度的幂次方成正比,幂指数在1.1~1.5,切削力与岩石的单轴抗压强度的关系最为密切.将研究得到的关系转化为数学计算公式,并通过实验对其进行验证,结果证实它比现有的计算公式精度更高,与实验值更吻合.

刀齿切削破岩实验及分形研究

为研究刀齿切削破岩切削载荷与其影响因素之间的关系,进行了刀齿切削破岩实验,分析了切削厚度与切削宽度对切削载荷的影响。然后利用分形理论,得到了切削载荷分形维数和碎块分形维数的计算方法,并计算了各种切削工况下的载荷分形维数和碎块分形维数。研究结果显示:1)切削载荷基本随着切削宽度和切削厚度的增加而增大;2)碎块分形维数会随着切削宽度和切削厚度的增加而增大;3)载荷分形维数随着切削宽度的增加会减小,但与切削厚度关系不大;4)切向力与碎块分形维数之间有很强的线性相关性,对于所进行的实验,切向力可利用回归公式由碎块分形维数唯一确定,这为切向力的估算提供了一种全新思路。

SPH法切削破岩数值仿真

借助LS-DYNA计算软件,用SPH法求解偏微分方程进行切削破岩数值仿真,并以不同切削参数的切削破岩实验为原型进行计算,得出切削力与实验结果进行对比。数值仿真结果与实际相符,刀齿附近岩样单元应力和塑性应变均最大,切削过后岩样上形成切削槽,两侧存在破碎角,比以往数值仿真更接近实际情况,且破碎角大小与剪胀角有密切关系。大量仿真结果显示,计算所得切向力无论变化规律还是数值均与实验吻合较好,尤其是平均切向力,证实了SPH法仿真切削破岩的可行性,为切削破岩研究提供了一种新方法。

挤压清淤抓斗泥浆输送能耗计算

挤压清淤抓斗是一种为了提高疏浚效率和能量利用率、减少环境污染而研发的新型抓斗。该类抓斗结构的特殊性决定了它输送泥浆时的能耗不同于一般的疏浚设备。本文基于现有的有关浆体输送的理论和试验成果,进行分析,推导出适用于挤压清淤抓斗泥浆输送的能耗计算公式,然后利用得到的计算公式对浆体输送过程中的能耗进行计算。通过调整相关的参数,如浆体体积流量、挖掘浓度和输泥管直径等,分析了不同参数对输送能耗的影响,并确定了在各不同参数下比能耗增加不剧烈的最小管径,定义为临界管径。进而为挤压清淤抓斗设计中输泥管直径和流量的确定提供科学有效的指导。

绞吸挖泥船三缆定位系统设计

三缆定位系统是绞吸挖泥船的重要定位设备之一,对施工作业能力和船舶安全性方面都有着重要影响。针对三缆定位系统的设计问题,从系统的主要组成、工作原理及设计流程等方面进行论述,形成不同工况下三缆系统所承受的外荷载计算流程,采用频域分析和有限元分析等方法,分析得出缆绳张力的变化规律及筒体结构的受力特点,提出缆绳选型及局部结构设计方法。结果表明,各种工况下,缆绳张力随风速增大而增大,且在同等风浪条件下,处于挖泥作业工况和避风工况的缆绳张力区别较大,应综合考虑。此外,在三缆定位的设计过程中,须对受力较大部位进行特殊考虑与重点加强。

超大型桩定位式抓斗挖泥船结构强度研究

目前国内对于超大型抓斗挖泥船的产业化开发程度较低,技术理论研究也较为有限。这类船型通常布置有定位桩与大型抓斗机,与自升式平台不同,作业时船体仍半浮于水中,承受恶劣海况下的波流载荷作用,作业载荷比较复杂。通过对该类船型作业方式及工作环境进行分析研究,推导并建立超大型抓斗船在较为恶劣海况下进行半抬船作业时的载荷计算模型;随后以1艘200 m2超大型抓斗挖泥船三舱段结构为例,对其结构强度进行评估,探讨其在作业工况下的最危险状态,并对抓斗船固桩区结构作优化。研究结果为该类超大型桩定位式挖泥船结构强度评估提供参考。

绞吸挖泥船绞刀头岩石切削动载荷数值仿真

通过绞吸挖泥船绞刀头刀齿运动轨迹分析,建立了绞吸挖泥船单刀齿和多刀齿的空间表达模型。基于绞刀头刀齿切削参数和切削力合成方法以及有效作业刀齿求解方法,对绞刀头工作过程中的切削力和切削力矩进行了数值仿真。利用Matlab编制了计算求解程序,探讨不同绞刀头倾斜角度和横移速度对切削力和切削力矩的影响,得到了对应切削力和切削力矩的最大值变化曲线,总结了其变化规律。

考虑土体堆积影响的环保疏浚抓斗推压阻力计算

随着湖河环保型疏浚需求的增加,环保型疏浚装备的开发设计需求日益迫切。本文针对环保型闭式动力抓斗,开展被挖掘土体在斗内堆积引起推压阻力变化的研究。本文分析挖掘过程中的土体破坏、运动及堆积特性,将挖掘过程中土体模型的变化反映为堆积角及挡土墙长度的变化;基于极限分析方法建立了推压阻力计算改进模型,对比分析了改进模型和传统模型推压阻力计算结果;并对比分析了不同土壤特性参数下推压阻力受土体堆积影响的灵敏性。仿真结果显示,改进模型的各推压阻力结果均较传统模型有所增大,更符合实际的抓斗抓取土体破坏情况,其中黏性或容重系数较大的土壤推压阻力结果增大尤为显著。

Dynamic Stability Analysis of Backhoe Dredger Based on Time Domain Method

When incidents happen with the positioning spud of a backhoe dredger,the hull loses stability,heels significantly,and may even capsize under extreme conditions.Coupling the hydrodynamics and spud vibrations,this paper investigates the dynamic stability of a backhoe dredger after spud failure based on the time domain method.The maximum dynamic heeling angle verifies the stability of the backhoe dredger.To identify the influences of environmental load,operating conditions,and spud-soil interactions,numerical motion simulations were conducted in the time domain.The main conclusions on dynamic stability consider the influences of relative environmental and operational factors.This study provides a powerful and efficient approach to analyze the dynamic stability of backhoe dredgers and to design flooding angles.