0037-新型電動(dòng)釬探機(jī)設(shè)計(jì)【全套17張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書】,全套17張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書,新型,電動(dòng),釬探機(jī),設(shè)計(jì),全套,17,cad,文獻(xiàn),翻譯,說(shuō)明書,仿單 優(yōu)化設(shè)計(jì)和有限元分析的核心機(jī) 摘要：液動(dòng)潛孔錘采樣器是一種新型采樣器，它的重要部分是：核心刀具的結(jié)構(gòu)對(duì)穿透性和核心修復(fù)有重要影響。實(shí)驗(yàn)采用能模擬兩個(gè)或多個(gè)固體大變形摩擦接觸的商用模擬有限元程序的相互作用。本文用有限元的方法，通過(guò)非線性瞬時(shí)動(dòng)態(tài)分析，分析了刀具邊緣形狀、直徑、和邊緣角度對(duì)滲透率的影響。仿真結(jié)果表明，刀具形狀對(duì)滲透率和核心修復(fù)有明顯的影響。此外，采樣器的滲透率隨刀具內(nèi)徑的增加而增加，但隨切割角的增加而降低?；谶@些分析，在大連海灣北部邊緣設(shè)計(jì)和測(cè)試了核心刀的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明，在粉砂粘土中，滲透率大約是16.5 m/h，在粘性土中是l5.4 m/h，而恢復(fù)率分別為68 ％和83.3 ％。 關(guān)鍵詞：液動(dòng)潛孔錘采樣器；有限元分析；核心刀-土壤相互作用；優(yōu)化設(shè)計(jì) 1 介紹 近海采樣技術(shù)是非常重要的，可用于海底穩(wěn)定性的巖土評(píng)估，將沉積物恢復(fù) 可用于氣候研究。但是，中國(guó)在這一領(lǐng)域的研究和發(fā)展比較緩慢，大多數(shù)采樣設(shè) 備是從其他國(guó)家進(jìn)口的，尤其是遠(yuǎn)程控制采樣技術(shù)。雖然取得了一些成就，但是需要更好的技術(shù)用于大規(guī)模的海洋勘探采樣。 最近，液動(dòng)潛孔錘采樣器是一種新型的海上采樣器，主要用于下水深小于超過(guò)50米情況。采樣核心刀具設(shè)計(jì)的理論研究已經(jīng)進(jìn)行，因?yàn)樗沁@種新采樣器中一個(gè)最重要的技術(shù)，它的結(jié)構(gòu)和規(guī)模顯然會(huì)影響滲透率和核心修復(fù)。實(shí)驗(yàn)中，用兩個(gè)固體的大變形摩擦接觸模擬的相互作用。使用更新拉格朗日方法模擬滲透率動(dòng)態(tài)性，解決接觸問(wèn)題。有限元分析程序應(yīng)用得到了結(jié)果。 2 有限元模型 土壤模仿不斷彈塑性的使用德魯克一普拉格模式的開發(fā)，為了簡(jiǎn)單，把采樣器核心刀看作理想的堅(jiān)硬固體。開始時(shí)，土壤和核心刀具的參數(shù)如表1。 在滲透率研究過(guò)程中，核心刀具和土壤的交互作用可以用接觸動(dòng)力學(xué)建模，大量轉(zhuǎn)移問(wèn)題用增廣拉格朗日方法建模。此法是一種懲罰相結(jié)合的方法和拉格朗 日乘數(shù)法并結(jié)合雙方的優(yōu)勢(shì)。與其他方法相比，增加拉格朗日方法效果更好，對(duì) 與堅(jiān)硬固體的接觸不敏感。我們分別用Target169和Contact171模擬土壤的接觸 面 ，Target169和Contact171可在Ansys9.0元件庫(kù)中找到，他們都使用默認(rèn)值。 核心刀具和土壤接口的摩擦滑動(dòng)用庫(kù)侖摩擦接觸聯(lián)系法模擬。在基本的庫(kù)倫摩擦模型中，兩個(gè)面互相接觸，在它們開始相對(duì)滑動(dòng)之前，可將接觸面上的切變應(yīng)力剪應(yīng)力提高到一個(gè)水平。這種狀況被稱為癥結(jié)。庫(kù)侖摩擦模型定義了一個(gè)等效（平衡）剪應(yīng)力，從等效（平衡）剪應(yīng)力開始，表面的滑動(dòng)開始作為摩擦接觸壓力。當(dāng)超過(guò)切變應(yīng)力，這兩個(gè)表面會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。 核心刀外徑為129mm，core cutter在土壤中那部分的長(zhǎng)度為0.2m，核心刀的總長(zhǎng)度是0.5 m。土壤體積用核心刀在土壤中的深度和外徑衡量，我們的研究中為0.5mX1m。 為了降低電腦成本和數(shù)據(jù)處理時(shí)間，我們選擇一個(gè)軸對(duì)稱模型。引入“細(xì)網(wǎng)格”對(duì)土壤和核心刀建模。選擇第一階四個(gè)節(jié)點(diǎn)元素-Plane 42 。Fig.1給出了幾何模型和有限元模型。假設(shè)垂直方向沒有位移，水平方向自由運(yùn)動(dòng)，在底部表面使用了Roller邊界條件。與之對(duì)比的是，在右外側(cè)邊界，水平方向沒有位移，垂直方向自由運(yùn)動(dòng)。沿中線采用對(duì)稱邊界條件，頂部表面建模為自由表面。如圖Fig.1b所示。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的液動(dòng)潛孔錘采樣器大約為近100J，相當(dāng)于質(zhì)量為35kg下降30cm的動(dòng)能。平均沖擊力是通過(guò)能量守恒定律和沖量守恒定律計(jì)算。 m是錘的質(zhì)量，h高度，v是錘最后的速度，F(xiàn)是沖力，t是常數(shù)時(shí)間（當(dāng)前使用29ms）。 為了模擬液動(dòng)潛孔錘采樣器的實(shí)際穿透滲透率過(guò)程，采樣器使用了沖力。根據(jù)文獻(xiàn)，力-時(shí)間的關(guān)系圖是一個(gè)阻尼半正弦波形或正態(tài)分布曲線。 在每個(gè)分析中，土壤首先采用重力荷載，在采樣之前建立初始的原位應(yīng)力狀態(tài)。 3結(jié)果與討論 3.1 尖端形狀的影響 采樣器在海底的滲透率取決于可用能量，吊籃直徑，尖端配置和沉淀物屬性?？偟臐B透率是吊籃和端點(diǎn)阻力之間摩擦綜合作用，核心恢復(fù)與核心班輪內(nèi)部的綜合調(diào)動(dòng)摩擦和樣本相關(guān)，相對(duì)于核心刀前面的內(nèi)核端-承載力。也就是說(shuō)，滲透率和核心修復(fù)與核心刀的形狀密切相關(guān)。 在我們的試驗(yàn)中，對(duì)四種不同類型的尖端形狀進(jìn)行了分析，闡述有限元程序的使用，深入理解對(duì)滲透率和核心修復(fù)的影響。尖端形狀如圖Fig.3所示。 有限元方法的計(jì)算結(jié)果如圖Fig.4所示。Fig.4a顯示了滲透率和時(shí)間的關(guān)系。從中可以看出，核心刀1的總滲透率約12mm，后面的影響，比核心刀3略多。一般而言，降低尖端會(huì)增加內(nèi)部的沉淀，受到越來(lái)越多的向下摩擦阻力。這個(gè)摩擦力通過(guò)土壤轉(zhuǎn)移，施加在中心孔徑的橫截面積上，表現(xiàn)為對(duì)土壤的垂直壓力，這會(huì)導(dǎo)致樣本的壓縮。圖4b顯示樣本壓縮和時(shí)間的關(guān)系?？梢钥闯?，核心刀1的樣本壓縮為3.8mm，而核心刀3為4.7mm，例如，相對(duì)核心刀1的樣本，核心刀3縮短了修復(fù)的樣本。這也就是說(shuō)，核心刀1的核心修復(fù)高于核心刀3。以下的研究使用核心刀1的尖端形狀。 3.2 核心刀壁厚的影響 保持刀具1外徑為129mm，分析內(nèi)徑分別為：51，61，71，81，91，101的影響，采用有限元方法。結(jié)果如圖Fig.5。滲透率隨壁厚的降低而增加，比如，增加核心刀內(nèi)徑。但是，減少壁厚也意味著較弱的尖端。尖端要足夠厚，在插入到地面時(shí)才能應(yīng)對(duì)彎曲。對(duì)于陸上任務(wù)，刀具壁厚通常采用15mm到20mm，我的設(shè)計(jì)使用19毫米。 3.3 尖端角度的影響 保持刀具1外徑129mm，內(nèi)徑91mm，改變刀具邊緣角的值，研究不同邊緣角的影響。圖Fig.6顯示仿真結(jié)果。 隨著邊緣角增加，穿透性急劇下降到一個(gè)常數(shù)值。然而，如果過(guò)于邊緣角過(guò)于尖銳（過(guò)?。?，穿透過(guò)程中刀具可能損壞。我們?cè)O(shè)計(jì)的邊緣角度是15。 3.4應(yīng)力分布輪廓圖 Fig.7顯示了采樣器深度0.2米時(shí)計(jì)算得到的應(yīng)力輪廓圖。尖端附近徑向應(yīng)力的最大值約273千帕，應(yīng)力集中突出的半徑大約4R，R是采樣器的外半徑。下面位，徑向應(yīng)力從一個(gè)高的壓應(yīng)力迅速下降到一個(gè)較低值。尖端下方垂直應(yīng)力的最大值是291千帕。與徑向應(yīng)力突出相比，垂直應(yīng)力突出下降。最大值切變應(yīng)力是980千帕，位于錐表面。應(yīng)力集中突出徑向幾乎延伸到邊界。此外，采樣器附近有一個(gè)小的范圍，切變應(yīng)力可以壓縮。 4實(shí)驗(yàn) 采樣器液動(dòng)潛孔錘采樣器的滲透率和核心修復(fù)性能已經(jīng)在中國(guó)大連海灣北部水深11米的水中測(cè)試。在第一個(gè)往返過(guò)程中，采樣器總的滲透率超過(guò)2.2米, 8分鐘內(nèi)核心修復(fù)是1.5米。滲透率率約為16.5m/h，總的核心修復(fù)率約為68％。粉砂粘土是主要巖性，底部包括0.2-0.3米砂土層，圖Fig.8a。 另一個(gè)例子Fig.8是粉砂粘土中。在第一個(gè)往返過(guò)程中，采樣器的滲透率是90cm,3.5分鐘內(nèi)核心修復(fù)是75cm?？偟臐B透率率約為15.4m/h， 核心修復(fù)率為83.3％。 5 結(jié)論 本文為海底沉淀物采樣器的滲透率建立模型，因?yàn)樯逃糜邢拊绦蚰苣M大變形和摩擦接觸，使用它研究核心刀參數(shù)如何影響滲透率。 （1）結(jié)果表明，尖端形狀對(duì)滲透率和核心修復(fù)有重要影響?？紤]四種類型核心刀，刀具1有最好的滲透率和核心修復(fù)。滲透率隨壁厚和尖端角度的降低而增加，但是考慮到和核心刀變形之間要取得一個(gè)折中。 （2）研究土壤中的應(yīng)力分布對(duì)錘的影響。最大徑向應(yīng)力是在尖端附近，為273千帕，最大垂直應(yīng)力在尖端下面，為291千帕。 （3）液動(dòng)潛孔錘采樣器的滲透率在粉砂粘土和粉砂粘土中分別為16.5m/h，15.4m/h，恢復(fù)率分別為68 ％和83.3 ％。 參考文獻(xiàn) 1. 鄢泰寧,補(bǔ)家武,李邵軍; 淺析國(guó)外海底取樣技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)——海底取樣技術(shù)介紹之一 [J];地 質(zhì)科技情報(bào); 2000年02期 2. 段新勝,鄢泰寧,陳勁,顧湘; 發(fā)展我國(guó)海底取樣技術(shù)的幾點(diǎn)設(shè)想 [J];地質(zhì)與勘探; 2003年02期 3. 譚凡教,陳洪泳,殷琨,王如生; 受沖擊荷載作用土體變形的有限元研究 [J];巖土力學(xué); 2004年12期 4. 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