我国“十二五”期间启动的《国家863高技术计划海洋领域》项目提出了加快南海油气资源开发的战略发展需求。要实现南海海油大规模的开采,就必须建造大量的海上石油钻井平台。然而石油平台的建设需要大量的建筑材料,由于南海范围大距离陆地远,建筑材料无法从陆地上运输。所以我国需要一批能够就地取材的大型工程船舶来建设南海石油平台。特大型海洋疏浚抓斗作为该类船舶的主要工作机构,是整个工程船舶技术研究的核心。但是目前国内对特大型海洋疏浚抓斗的技术理论研究几乎处于空白。所以我国需要研究斗容大效率高的,具有自主知识产权的特大型海洋疏浚抓斗。本课题紧紧围绕对特大型海洋疏浚抓斗的研究,建立独立的适用于特大型抓斗工作条件的受力分析体系,对其关键结构进行优化设计,并对其挖掘过程进行离散元仿真研究及实体模型实验研究。主要研究内容有以下几个方面:(1)提出了本课题的研究目的与意义,给出了论文后续研究的必要性。在查阅文献的基础上,细介绍了疏浚抓斗挖掘阻力的研究成果并提出了利用离散元仿真软件对抓斗进行仿真实验的必要性。最终阐述了本文的主要研究内容。(2)依据疏浚岩土分类标准,总结归纳了各类疏浚岩土的物理力学特性。然后针对特大型海洋抓斗特有的工作环境,对南沙群岛的地质组成与特征进行了分析,总结出了两种具有代表性物料的工程特性参数。(3)确定了特大型海洋疏浚抓斗的布置形式。结合经典力学理论、挡土墙理论和散体力学理论,推导了抓斗各挖掘阻力的计算公式,确定了其作用点和方向,并给出了其力臂的表达式,最后构建了抓斗挖掘过程的动态力矩平衡方程。(4)建立了抓斗机构的优化设计模型,借助计算机编程软件完成了136m~3特大型海洋疏浚抓斗机构的关键尺寸优化计算,得出了各设计参数的最优化组合。结合优化结果及设计经验确定了抓斗的主要结构尺寸。最后以该抓斗分别在陆地上和水下挖掘礁砂土为例,计算出了抓斗挖掘过程中各个阻力和所需液压油缸推力的大小。(5)通过离散元仿真软件EDEM,对抓斗的挖掘过程进行了仿真实验研究,获得了抓斗在不同初始插入深度下进行挖掘时各部件的受力情况。分析了抓斗挖掘过程中各阻力的变化规律,并验证了理论计算方法的可靠性。