耙吸挖泥船耙齒土體切削力學分析和數(shù)值仿真.pdf

1、申請上海交通大學碩士學位論文耙吸挖泥船耙齒土體切削力學分析和數(shù)值仿真碩士研究生：劉修成學號：1120109124導師：何炎平研究員指導老師：何炎平申請學位：工學碩士學科：船舶與海洋工程所在單位：船舶海洋工程與建筑學院答辯日期：2015年1月授予學位單位：上海交通大學上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院2015年1月摘要I耙吸挖泥船耙齒土體切削力學分析和數(shù)值仿真摘要耙吸挖泥船因其具有作業(yè)時不礙航的優(yōu)勢，并能完成自航、吸挖、裝運、吹填等疏浚全

2、過程作業(yè)而得到廣泛的應用，研究耙齒的土體切削過程對提高耙頭的挖掘效率必不可少。本文從力學模型和數(shù)值仿真這兩個方面入手，對此過程進行了深入研究。首先，分析對比學者基于被動土壓力理論所建立的不同三維土體切削力學模型，為數(shù)值仿真所得到的結果提供參照，然后針對傳統(tǒng)的Lagrange描述土體單元在切削模擬中所出現(xiàn)的網格扭曲所導致的迭代不收斂問題，引入單元刪除技術的Lagrange方法和ALE方法，選用考慮土壤粘塑性的MAT147材料模型，運用LS

3、DYNA的動態(tài)顯式算法分別對單個耙齒土體切削過程進行模擬，分析了切削過程中土的破壞形態(tài)、單元應力分布和應變特征，以及切削力與切削深度、切削速度之間的關系，指出了ALE方法在解決土體大變形與模擬土屑形態(tài)時的優(yōu)勢。隨后進一步研究多耙齒的相互作用以及高壓沖水預切削作用效果，以Godwin實驗得到修正后土體側邊失效區(qū)的輪廓為基礎，建立多耙齒以及存在預切削作用的力學模型，以單位破壞剖面上所需切削力的最小值為目標函數(shù)研究耙齒之間以及耙齒與沖水噴嘴的