盾构滚刀磨损寿命预测及破岩仿真研究

发布时间：2017-11-03 10:20

  本文关键词：盾构滚刀磨损寿命预测及破岩仿真研究

  更多相关文章： 磨粒磨损 疲劳磨损 滚刀磨损预测模型 LS-DYNA仿真 多目标优化

【摘要】：盾构法开挖隧道在广泛应用的同时,滚刀作为主要的破岩部件,其磨损问题己成为制约盾构施工质量和效率的一个关键因素。本文在查阅国内外大量文献的基础上,结合工程问题,把建立盾构滚刀磨损量和寿命预测模型作为要解决的关键问题,同时研究了滚刀在磨损后对破岩效果的影响,研究了基于比能较小、体积磨损较小、单次换刀掘进距离较长、掘进速度较快的多目标优化模型,主要进行了以下研究工作：1、利用工程中统计得到的滚刀失效类型和数量,分析总结了滚刀失效形式,利用可靠性理论-失效模式及危害度分析(FMECA)给出了滚刀不同失效模式和对应的影响危害度,分析了滚刀的磨损机理,利用经典摩擦学理论推导了磨粒磨损模型,利用施工数据记录的滚刀磨损量对塑形去除、脆性断裂和疲劳磨损机制所占比例进行了确定。2、在分析滚刀受力的基础上,选用了合适的受力模型；利用空间矩阵变换法建立滚刀正面和侧面一点运动方程。基于经典摩擦学理论和滚刀磨损机理,将滚刀受力模型、运动方程代入磨粒磨损和疲劳磨损模型,建立了滚刀正面和侧面磨损量预测模型,并在此基础上分析得到滚刀寿命预测模型。采用Matlab编程求解得到了刀圈半径、刀刃宽、刀刃角随掘进距离的变化关系；得到了掘进距离随岩石抗压强度、贯入度、安装半径的数值关系,并将预测值与施工记录数据做对比。3、利用ANSYS/LS-DYNA分不同安装半径、不同贯入度对18in加宽滚刀进行破岩力仿真,分析滚刀破岩过程；对18in加宽滚刀磨损后进行破岩力仿真；利用仿真得到破岩力计算了滚刀破岩比能。4、对滚刀在砂卵石、砂岩、泥岩地层掘进过程中的磨损问题,提出了一些增加滚刀使用寿命的合理性建议;考虑多约束建立了滚刀破岩效率较高(比能低)、总体积磨损量小、一次换刀掘进距离长、掘进速度较快的多目标优化模型,并给出了优化后的目标值和对应的最优贯入度、刀间距。
【关键词】：磨粒磨损 疲劳磨损 滚刀磨损预测模型 LS-DYNA仿真 多目标优化
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.43
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 论文研究背景及论题来源11-13
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 论文来源12
• 1.1.3 盘形滚刀介绍12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 滚刀破岩机理及磨损机理研究现状13-14
• 1.2.2 滚刀磨损预测模型研究现状14-15
• 1.2.3 滚刀磨损后对破岩的影响研究现状15-16
• 1.3 滚刀磨损研究的目的和意义16
• 1.4 论文研究内容及技术路线16-18
• 1.4.1 研究内容16-17
• 1.4.2 技术路线17-18
• 第2章 滚刀失效形式及磨损机理研究18-32
• 2.1 滚刀失效模式影响及危害度分析FMECA18-21
• 2.1.1 滚刀失效形式18-20
• 2.1.2 基于FMECA的滚刀失效形式及危害度分析20-21
• 2.2 滚刀磨损机理分析21-24
• 2.2.1 刀圈磨损后截面类型及磨损影响因素21-23
• 2.2.2 滚刀磨损机理分析与材料去除机制23-24
• 2.3 滚刀理论磨损计算模型24-31
• 2.3.1 基于塑性去除机制的磨粒磨损24-25
• 2.3.2 基于脆性断裂机制的磨粒磨损25-26
• 2.3.3 基于疲劳磨损引起的磨损26
• 2.3.4 三种不同类型磨损所占比例分析26-31
• 2.4 本章小节31-32
• 第3章 滚刀磨损模型及寿命预测模型32-56
• 3.1 滚刀破岩机理及受力分析32-35
• 3.1.1 滚刀破岩机理分析32-33
• 3.1.2 滚刀受力分析33-35
• 3.2 滚刀运动规律分析35-40
• 3.2.1 空间坐标矩阵变换法35-37
• 3.2.2 刀刃工作点的运动方程37-40
• 3.3 滚刀静态磨损量模型40-44
• 3.3.1 滚刀正面单圈磨损量计算41-42
• 3.3.2 滚刀侧面单圈磨损量计算42-44
• 3.4 滚刀动态磨损模型及寿命预测模型44-46
• 3.4.1 滚刀宏观单圈体积磨损量44-45
• 3.4.2 滚刀磨损量的动态计算模型45-46
• 3.5 实例计算及分析46-55
• 3.5.1 工程对象介绍46-47
• 3.5.2 模型求解结果47-53
• 3.5.3 工程实例验证53-55
• 3.6 本章小结55-56
• 第4章 基于LS-DYNA滚刀破岩数值仿真56-72
• 4.1 ANSYS/LS-DYNA步骤及参数设置56-59
• 4.1.1 ANSYS/LS-DYNA介绍56
• 4.1.2 有限元模型建立及参数设置56-59
• 4.2 滚刀的破岩仿真59-64
• 4.2.1 载荷步设置59
• 4.2.2 滚刀破岩过程分析59-61
• 4.2.3 仿真结果61-64
• 4.3 刀圈磨损后结构和贯入度单变量破岩仿真64-70
• 4.3.1 刀圈磨损后对破岩力的影响仿真64-67
• 4.3.2 滚刀贯入度对破岩力的影响仿真67-70
• 4.4 滚刀破岩比能仿真计算70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第5章 滚刀磨损与破岩效率多目标优化研究72-84
• 5.1 成都地铁施工问题分析和改进措施72-73
• 5.2 滚刀破岩效率和磨损量的多目标优化模型73-83
• 5.2.1 多目标粒子群优化算法74-75
• 5.2.2 多目标优化变量75
• 5.2.3 目标函数75-76
• 5.2.4 约束条件76-78
• 5.2.5 多目标优化目标模型建立及求解78-83
• 5.3 本章小结83-84
• 结论与展望84-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-90

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 贯荔;第五届国际爆破破岩会议召开[J];爆破器材;1996年06期

2 磊焱;第五届国际爆破破岩会议[J];工程爆破;1996年04期

3 一兵;第七届国际爆破破岩学术会议国际组委会会议在美国拉斯维加斯市召开[J];工程爆破;2002年01期

4 吴为;李根生;牛继磊;黄中伟;田守]，

本文编号：1135785