基于深海底质流变特性和接地比压的集矿机牵引力计算方法

摘要：

作为深海采矿水力提升系统的重要组成部分,履带式集矿机的牵引力及行走性能对深海资源的安全高效开采具有重要影响.目前,深海履带式集矿机牵引力的计算仅考虑深海底质的弹塑性,尚未考虑与时间相依的流变特性以及履带式集矿机作业时履带底部的不同接地比压(受沟壑、障碍、斜坡影响)等情形.本文通过深海模拟底质直剪流变和压?剪耦合流变的本构理论与试验研究,建立了基于不同的深海底质本构模型(弹塑性、直剪流变、压?剪耦合流变)和接地比压分布(均布、线性分布、非均布)下履带式集矿机牵引力计算模型;利用功能原理推导了相应的履带式集矿机牵引力计算公式,并分析了深海底质本构模型、接地比压分布、履齿个数对履带式集矿机牵引力的影响规律,为履带式集矿机直行、转弯和越障等稳定性与通过性评估提供科学依据.研究结果表明:采用直剪流变和弹塑性本构模型时,线性递增与线性递减接地比压分布对应的牵引力数量级大于均匀分布与正弦分布情况,线性递增与线性递减下的牵引力比均匀分布与正弦分布对履带板数目变化更为明显;深海底质本构模型对履带式集矿机牵引力的影响比接地比压分布类型更大.采用模拟土压?剪耦合流变本构模型计算得到的深海履带式集矿机所需牵引力为最大、流变沉陷也最大,更接近深海采矿工程实际.

关键词：集矿机;牵引力;深海底质;流变;接地比压

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分类号：TU411.3(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家自然科学基金资助项目;湖南省自然科学基金资助项目;湖南省教育厅科学研究项目

在线出版日期：2021-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：2817-2828