巖土掘削的數值分析新方法與新型裝置的研究.pdf

1、隨著現代科技的高速發(fā)展，我國基礎建設逐步向大型化、機械化和自動化方向發(fā)展。高性能巖土施工機械在軍事、鐵路、水利、礦山和建筑施工中顯得十分重要。目前，我國高性能巖土施工機械多依賴于進口，巖土掘削機理研究甚少，未見適用的數值分析方法。為了提高我國巖土施工機械的研發(fā)能力，加速實現國產化，本文在MLPG無網格法的基礎上提出一種適用于巖土掘削分析的數值分析方法，結合理論、實驗方法對巖土掘削進行研究，并在此基礎上研制了兩種新型巖土掘削裝置。

2、　　首先提出一種新的巖土掘削數值分析方法—PMLPG法，該方法屬于無網格法，擺脫了有限元網格的限制，適用于不連續(xù)問題和大變形問題的分析，具有計算效率高和精度高的特點，可以廣泛應用在巖土掘削分析中，對新型巖土掘削設備的開發(fā)提供有力工具。該方法在多邊形內采用三角積分，大大減小了計算量；建立臨近點數據庫，提高了影響節(jié)點的搜索速度。巖土掘削數值分析要求無網格法擁有高效而適應性強的本質邊界條件處理方法，本文提出一種新的處理方法，該方法通過改變邊界

3、節(jié)點權函數使試函數通過邊界節(jié)點，并采用對角元素改1法滿足本質邊界條件，該方法靈活性強，適用于各種巖土掘削問題。
　　針對土的切削破壞和巖石切削破碎的非線性數值分析，采用PMLPG法，并結合摩爾-庫侖破壞準則，解決了土體在切削過程中的大變形和彈塑性問題；提出裂紋尖端改進的權函數，解決了巖體破碎的不連續(xù)問題；繼而編寫材料非線性、裂紋發(fā)展顯示動力學分析PMLPG法程序，并將其應用在巖土掘削的研究中。在保證計算精度的條件下，PMLPG法程

4、序全面改進傳統(tǒng)無網格程序算法，大幅度降低數值計算量，實現了PC機上完成巖土掘削的復雜分析。將該程序應用在土的剪切破壞和巖石的切削破碎分析中，取得了與巖土切削實驗非常貼近的結果。
　　結合工程實際，針對旋挖巖土技術，考慮了切削角的變化和刀刃側向的剪切破壞影響，建立了旋挖阻力計算模型。同時進行巖土旋挖實驗，通過對比理論、數值分析結果，證明了理論公式的正確性。針對銑削巖土技術，考慮難以處理的強節(jié)理巖層，對多種巖石試樣進行切削破碎實驗和理