[发明专利]模块化对机具采样过程中受力分析的方法

说明书

本发明涉及模块化对机具采样过程中受力分析的方法，包括：A.将机具采样过程分为n个运动模块和m个结构模块的组合；B.得到单一的运动模块的三维匀速的直线运动和圆周运动基本模型；C.拆分机具的实际运动轨迹，建立n个运动模块在总运动时长t_n内的运动矩阵M_S；D.根据结构模块的截面参数定义、延伸参数定义、切割参数定义，得到用于描述m个结构模块组合的矩阵M_T；E.得到任意结构模块在整个采样过程中的受力情况；得到机具在任意单一运动轨迹中的受力情况；得到机具在整个采样过程中的受力情况。本发明能够对各种不同形状铲斗和采样运动形式的机具受力进行计算，不用针对特定的形状进行特定建模和实物分析，具有广泛的通用性。

技术领域

本发明涉及模块化对机具采样过程中受力分析的方法。

背景技术

在岩土体采样机具(挖斗、铲斗等)的设计过程中，计算分析机具在采样过程中的受力是非常重要的。因为该参数直接决定了设备驱动力、设备结构、设备强度等参数的选择。

目前有许多研究也表明了对机具受力分析的重要性，例如：

专利申请号：CN201510438599.1(挖掘机铲斗受力测试装置及测试方法)和专利申请号：CN201721471712.7(一种挖掘机挖掘阻力间接测量装置)，这两种方案针对特定的挖掘机铲斗进行了受力实物测试，但受限于实物的具体结构，这两种方案都不能对多种不同形式的铲斗进行受力计算分析；

专利申请号：CN201811004296.9(一种用于测算土体水平反力系数的系统以及方法)，该方案主要以将试验桩贯入土体的方式测算土体水平反力系数，但是不能适用于对各种不同形式的挖掘或贯入土体时可承受反力的计算。

由此可见，目前虽然有许多对机具受力的分析方案，但大多都是针对某一特定结构的机具，在对某一特定结构的机具在采样时受到的反力进行计算时，更多是通过实物测试或计算机模拟实现的。但这些方式目前均侧重于针对目前已知设备形状的前提下分析的，其分析结果并不能转移至新的不同形状的设备中去，因此也并不具备较为广泛的适应性。

发明内容

本发明提供了一种模块化对机具采样过程中受力分析的方法，从理论的方向对多种铲斗进行受力计算分析，使其具有广泛的通用性。

本发明模块化对机具采样过程中受力分析的方法，包括：

A.划分模块：将机具采样过程分为n个运动模块和m个结构模块的组合，n≥1，m≥1，运动模块和结构模块之间相互独立；运动模块用于描述机具的各部件在采样过程中的不同运动方式，每个运动模块的三维运动轨迹为若干个三维匀速直线运动和若干个三维匀速圆周运动的组合；结构模块用于描述机具的组成结构，任意形状的机具由若干个结构模块组合而成，被采样样品对机具各部件的作用力通过对组成该机具的所有结构模块的受力叠加分析获得，，结构模块包括有平板模块和弧形板模块；

B.运动模块的划分和定义运动轨迹：通过对单一的运动模块在三维坐标系中的运动分析，得到单一的运动模块的三维匀速直线运动基本模型和三维匀速圆周运动基本模型；

C.将机具的实际运动轨迹拆分为若干个匀速直线运动的运动模块和若干个匀速圆周运动的运动模块，并且确定每个运动模块的运动时长和运动参数，再建立n个运动模块在总运动时长t_n内的运动矩阵M_S；

D.结构模块的组合：根据平板模块和弧形板模块的截面参数定义、平板模块和弧形板模块的延伸参数定义、以及平板模块和弧形板模块的切割参数定义，得到用于描述m个结构模块组合的矩阵M_T；