盾构机刀盘的疲劳分析及可靠性分析

发布时间：2018-07-03 15:25

  本文选题：TBM + 刀盘　； 参考：《河北工业大学》2015年硕士论文

【摘要】：刀盘是TBM的重要部件之一,其工作性能直接影响到TBM的工作寿命和隧道施工质量。本文视刀盘载荷为随机载荷,基于ANSYS和WORKBENCH对TBM刀盘的可靠性和疲劳特性进行分析,并对其薄弱部位进行尺寸优化。本文的主要工作如下:(1)TBM刀盘三维模型的建立。为提高计算精度,通过对刀盘进行实体切分和肋板对应节点刚连等方式,获得了刀盘的六面体网格模型。在分析刀盘受力特点的基础上,在滚刀刀孔处建立关键点,实现了分组对刀盘施加随机载荷。(2)TBM刀盘的可靠性分析。在考虑刀盘载荷随机变化的情况下,基于响应面法,利用ANSYS中的概率分析模块,得到了刀盘结构的失效概率,确定了影响其失效概率主、次要因素,研究了切向力与推进力之比对失效概率的影响,对比分析了灵敏度与切/推比例系数之变化关系。(3)TBM刀盘的疲劳分析。根据有限元分析结果,基于修正的S-N曲线理论,对刀盘进行了疲劳分析,绘制了刀盘结构的S-N曲线和疲劳—敏感度曲线,分析了影响刀盘疲劳寿命的主要因素,为刀盘结构的优化设计提供了依据。(4)TBM刀盘的结构优化。通过对刀盘结构薄弱部位的关键尺寸进行参数化描述,以最小寿命为目标,对这些尺寸进行了优化。优化后最小寿命增加了230.6%,最大等效应力减小了29.3%。通过对相关尺寸的灵敏度分析,确定了影响最小寿命的关键因素,为改进设计提供了参考。
[Abstract]:Cutter head is one of the important parts of TBM. Its working performance directly affects the working life of TBM and the quality of tunnel construction. Based on ANSYS and WORKBENCH, the reliability and fatigue characteristics of TBM cutters are analyzed, and the size of the weak parts is optimized. The main work of this paper is as follows: (1) the establishment of three-dimensional model of TBM cutter head. In order to improve the calculation accuracy, the hexahedron mesh model of the cutter head is obtained by dividing the cutter head and connecting the corresponding nodes of the rib plate. Based on the analysis of the stress characteristics of the cutter head, the key points are established at the hole of the hob, and the random load is applied to the cutter head by grouping. (2) the reliability analysis of the TBM cutter head. Based on the response surface method and the probability analysis module in ANSYS, the failure probability of the cutter head structure is obtained, and the main and secondary factors affecting the failure probability are determined. The influence of the ratio of tangential force to propulsion force on failure probability is studied, and the relationship between sensitivity and shear / push ratio coefficient is analyzed. (3) fatigue analysis of TBM cutter head. According to the results of finite element analysis and based on the modified S-N curve theory, the fatigue analysis of the cutter head is carried out, the S-N curve and the fatigue sensitivity curve of the cutter head structure are drawn, and the main factors affecting the fatigue life of the cutter head are analyzed. It provides the basis for optimal design of cutter head structure. (4) structure optimization of TBM cutter head. By parameterized description of the key dimensions of the weak part of the cutter head structure, these dimensions are optimized with the aim of minimum life. After optimization, the minimum life is increased by 230.6 and the maximum equivalent stress is reduced by 29.3. Based on the sensitivity analysis of the relevant dimensions, the key factors affecting the minimum life are determined, which provides a reference for improving the design.
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U455.39

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈德福;;可快速装卸的镗孔车端面刀盘[J];机械工人技术资料;1976年12期

2 ;双刀盘切向高速铣齿法[J];齿轮;1977年01期

3 ;双刀盘切向切齿法[J];齿轮;1977年03期

4 周抚群;哈达克Ⅱ型刀盘[J];工具技术;1980年06期

5 吴乃珍;数控镗孔车端面刀盘技术发展现状[J];组合机床;1983年05期

6 朱铁琦;;简易多工位刀盘[J];机械工人.冷加工;1984年09期

7 胡仁义;刀盘轴的改进[J];江苏机械;1985年02期

8 ;新式绞刀盘[J];机械开发;1985年02期

9 胡仁义;;刀盘轴的改进[J];江苏机械;1985年02期

10 张存孝;可调镗孔刀盘[J];机械工人.冷加工;1990年12期

相关会议论文 前10条

1 孙骋;陈义得;;复杂地质条件下刀盘变形原因及处理技术[A];第十三届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2014年

2 李斌;贾云飞;李文功;;盾构机刀盘修复技术[A];2011中国盾构技术学术研讨会论文集[C];2011年

3 王旭;王日清;赵海峰;李天明;;盾构机刀盘的地质适应性设计研究[A];第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C];2012年

4 韩伟锋;李凤远;;盾构刀盘优化设计[A];第九届中国CAE工程分析技术年会专辑[C];2013年

5 肖来元;杨家军;;圆形刀盘机构的动态设计[A];第八届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

6 吴乐;;单护盾TBM掘进管片旋转相关问题及应对措施[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年

7 田辉;;一种大直径泥水盾构在砂土地层中刀盘被卡的脱困方法[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年

8 桂轶雄;姚文花;;盾构机刀盘修复及改进技术研究[A];施工机械化新技术交流会论文集（第六辑）[C];2005年

9 陈启伟;李凤远;陈馈;;大直径泥水盾构刀盘外圈梁长距离掘进修复技术[A];第二届隧道掘进机（盾构、TBM）专业委员会第一次学术研讨会暨中铁隧道集团城市盾构项目管理、施工技术、设备维保交流会论文集[C];2011年

10 韩伟锋;李凤远;王助锋;;盾构刀盘参数化建模系统开发[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年

相关重要报纸文章 前10条

1 李名;中铁隧道第一台自主研发的盾构刀盘成功出厂[N];中国经济导报;2005年

2 李华坤;中铁隧道自主产权盾构刀盘出厂[N];中国建设报;2006年

3 通讯员伍振 齐梦学;掘进“寿命”延长15公里[N];中国铁道建筑报;2009年

4 通讯员 宋义忠 兰红宾;高压环境下载人维修盾构机刀盘修复技术在国内首次成功应用[N];人民铁道;2013年

5 宋义忠 兰红宾;高压环境下载人维修盾构机刀盘技术在国内首次成功应用[N];科技日报;2013年

6 伍振　齐梦学;自主创新TBM技术获得国家专利[N];经理日报;2009年

7 姜明 姜书范 詹智慧 李慧楠;铁打的队伍铁打的兵[N];中华建筑报;2014年

8 本报记者 耿诺 实习生 孙奇茹;9号线实现南北全线贯通[N];北京日报;2012年

9 本报记者 陈亮 赵中庸;“科技号”对接见真功[N];人民铁道;2013年

10 陈军;如何正确使用钨钢纵切薄刀[N];中国包装报;2003年

相关博士学位论文 前6条

1 邢彤;盾构刀盘液压驱动与控制系统研究[D];浙江大学;2008年

2 刘志杰;岩石隧道掘进机刀盘设计方法研究[D];大连理工大学;2009年

3 苏翠侠;基于数值仿真技术的盾构刀盘系统载荷与结构特性研究[D];天津大学;2011年

4 王化更;液压缸直接驱动盾构刀盘系统结构优化及控制研究[D];同济大学;2007年

5 黄清飞;砂卵石地层盾构刀盘刀具与土相互作用及其选型设计研究[D];北京交通大学;2010年

6 钱华;双连杆偏心盾构刀盘系统总体参数优化研究[D];同济大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 周纪磊;全断面岩石掘进机刀盘结构设计与分析研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

2 朱述敏;复合型土压平衡盾构机刀盘设计与应用[D];南京理工大学;2015年

3 陈龙;盾构刀盘与岩土交互作用规律研究[D];大连交通大学;2015年

4 史坚坚;TBM盘型滚刀力学特性分析[D];大连交通大学;2015年

5 谢启江;变约束条件下硬岩掘进机动力学建模及特性研究[D];上海交通大学;2015年

6 张佳媛;面向掘进性能的盾构刀盘设计及评价方法研究[D];大连交通大学;2015年

7 蔡宝;性能驱动的盾构刀盘开口和刀群组合布置设计[D];大连理工大学;2015年

8 欧阳湘宇;多点冲击下TBM刀盘裂纹萌生—扩展全寿命预测[D];大连理工大学;2015年

9 魏田华;岩土盾构机刀盘系统的动态优化设计及滚刀磨损机理研究[D];东北大学;2013年

10 邢晨;复合式土压平衡盾构机刀盘的设计与优化研究[D];河北科技大学;2014年

，

本文编号：2094100