疏浚抓斗力学特性分析及仿真实验研究

发布时间：2017-07-31 05:25

  本文关键词：疏浚抓斗力学特性分析及仿真实验研究

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【摘要】：随着经济全球化和国际贸易的迅速发展，我国港口贸易总量不断提升，超巴拿马型集装箱运输船和大型油轮的出现，促使我国各个港口拓宽并挖深沿海航道或者建造新的码头，每年各个航道管理部门都必须承担相当大的航道疏浚任务。另一方面，港珠澳大桥和香港机场吹填等大型海洋工程也需要大量的海底挖掘作业。抓斗挖泥船在这些工程中发挥着巨大作用，抓斗在海底或河底的受力特性，不仅影响到抓斗的设计和制造，也关系到疏浚工程的质量和效率。 本课题的研究针对江河湖海等水域的水底泥沙环境，对疏浚抓斗的力学特性进行理论分析、静力学有限元分析及非线性显式动力学数值仿真，并进行了抓斗挖掘过程的实验研究，提出了疏浚抓斗平挖作业的力学模型。本课题的研究内容及主要成果有以下几个方面： （1）在疏浚抓斗运动学分析的基础上，分析了抓斗挖掘力计算的宏观挖掘理论和Miedema挖掘理论，研究抓斗抓取过程中不同性质的作用力对抓斗的影响，比较分析得出适合疏浚抓斗抓取阻力计算的理论方法，并且根据上述已有理论模型，建立疏浚抓斗平挖作业的力学模型； （2）根据疏浚抓斗力学特性理论分析结果，应用适当的理论对典型结构疏浚抓斗进行静力学有限元分析，给出疏浚抓斗有限元建模方法和载荷计算方法，对抓斗建模过程中需要注意的问题进行了详细的阐述，最后得出不同作业工况时疏浚抓斗的应力和变形情况。对疏浚抓斗的模态数据进行计算分析，，得出不同阶模态时抓斗的振动特点和最大位移量情况。 （3）在多柔体系统动力学和土壤物理特性分析的基础上，分析了土壤的物理特性和孔隙水压力对土壤受力的影响。对LS-DYNA作为抓斗挖掘土壤动态过程分析的可行性进行研究，在动力学仿真软件LS-DYNA中实现疏浚土的建模，对抓斗平挖疏浚土壤过程进行数值模拟，得出挖掘力和不同刃口倾角、不同挖掘深度的关系。 （4）基于前述分析，进行疏浚抓斗抓取过程的现场试验，测量抓斗试验台挖掘过程中起升、开闭斗钢丝绳的拉力，并将抓斗平挖试验钢丝绳拉力数值与理论计算和仿真结果得到的相应的数值进行比较分析，验证仿真结果的正确性。
【关键词】：疏浚抓斗 平挖作业 力学模型 数值模拟
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.31
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 疏浚工程挖泥船及抓斗挖泥船概述10-11
• 1.2 本文的研究背景11-14
• 1.2.1 疏浚工程市场的发展11-12
• 1.2.2 国内疏浚装备研究水平较低12-14
• 1.3 国内外研究现状14-18
• 1.3.1 抓斗挖泥船的研究14-15
• 1.3.2 疏浚抓斗力学特性研究15-17
• 1.3.3 疏浚抓斗的仿真研究17-18
• 1.4 本文主要的研究任务18-20
• 第2章 抓斗挖掘过程力学特性分析20-37
• 2.1 疏浚抓斗挖掘过程运动学分析20-24
• 2.1.1 疏浚抓斗的构成20-21
• 2.1.2 疏浚抓斗的运动学分析21-24
• 2.2 宏观挖掘理论24-30
• 2.2.1 抓斗抓取阻力的影响因素24-26
• 2.2.2 畅启仁抓取阻力理论26-27
• 2.2.3 前苏联抓取阻力理论27-28
• 2.2.4 抓取阻力理论的分析比较28-30
• 2.3 基于孔隙水压力和料楔现象的疏浚抓斗挖掘阻力计算30-34
• 2.3.1 孔隙水压力的存在和扩容现象30-31
• 2.3.2 疏浚抓斗挖掘阻力的 Miedema 计算方法31-34
• 2.4 疏浚抓斗平挖力学模型34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 基于 ANSYS 的抓斗静力学分析37-49
• 3.1 抓斗有限元分析概述和模型建立37-39
• 3.1.1 抓斗有限元分析概述37-38
• 3.1.2 抓斗结构有限元模型建立38-39
• 3.2 分析工况及载荷计算39-42
• 3.2.1 一般工况位置及载荷计算39-41
• 3.2.2 抓斗闭合工况位置及载荷计算41-42
• 3.3 抓斗结构强度分析42-45
• 3.3.1 抓斗模型加载和约束情况42
• 3.3.2 抓斗强度计算结果42-45
• 3.4 抓斗模态计算45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 抓斗挖掘疏浚土过程的数值模拟49-66
• 4.1 多柔体系统动力学及 LS-DYNA 软件简介49-52
• 4.1.1 多柔体系统动力学概述49-51
• 4.1.2 LS-DYNA 软件简介51-52
• 4.2 疏浚作业土壤特性分析52-58
• 4.2.1 土壤物理特性分析52-54
• 4.2.2 疏浚土壤的孔隙水压力和疏浚土的数值模拟54-56
• 4.2.3 沙漏模式和负体积56-58
• 4.3 抓斗挖掘疏浚土壤过程的数值模拟58-64
• 4.3.1 挖掘力和不同刃口倾角的关系60-62
• 4.3.2 挖掘力和不同挖掘深度的关系62-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 抓斗疏浚作业过程的实验研究66-71
• 5.1 实验方案设计66-68
• 5.1.1 实验目的66
• 5.1.2 实验设备66-67
• 5.1.3 实验方法67-68
• 5.2 实验结果及分析68-70
• 5.2.1 实验结果68-69
• 5.2.2 实验结果分析69-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 研究展望72-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文与参加的科研项目77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：597684