采用SPH方法的黏土切削特性分析

黏土在切削破坏过程中力学特性复杂。为较精确地描述黏土切削破坏过程与预估切削阻力,该研究基于弹塑性力学本构,建立了光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)框架下的黏土剪切破坏模型和GradyKipp张拉损伤破坏模型,并进一步将其耦合得到混合破坏模型。为验证该混合破坏模型开展了简单的黏土切削破坏试验,切削破坏变形的试验结果与模拟结果展示了良好的一致性,裂纹发展方向和裂纹形状有着良好的对应关系。在土-切削部件互作模型的基础上,进一步预测了黏土切削破坏过程中切削部件的切削阻力演化过程,并分析了切削深度及切削部件摩擦系数对黏土切削破坏形态和切削阻力的影响。结果表明,切削深度为0.01、0.02和0.03 m时对应的切削阻力峰值分别为7.89、9.90和11.07 N,切削阻力随切削深度的增加呈增大趋势。切削部件摩擦系数为0.1时对应的波动平缓后的切削阻力最小,为6.1 N。研究可为优化农业机械刀具的结构参数、运动参数,降低作业功耗,减少切削阻力,实现更好的黏土耕作效果提供参考。

移动射流切削黏土过程的ALE数值方法

射流在港口航道疏浚和海底冲沟等黏土施工中得到广泛应用,但对移动射流与黏土的相互作用过程研究较少,制约了射流技术在黏土切削施工中的高效应用。目前移动射流切削黏土过程的有效数值方法还较为缺乏,采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,对移动射流切削黏土过程的数值模拟进行了探讨。结合软件提供的运动函数与射流源模拟移动射流的连续喷射,采用ALE网格解决射流切削界面网格大变形问题,通过侵蚀算法模拟黏土的失效行为。结果显示,无论是切削沟槽的形状,还是横截面和纵截面的具体尺寸,模拟与实验均较为吻合,表明本文采用的数值方法可以有效地模拟射流切削黏土过程。研究成果可为射流破土过程的机理性探索提供有效的数值方法。

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。