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TBM刀盘系统的参数化建模与强度分析

发布时间:2018-10-05 08:17
【摘要】:作为隧道开挖的专用机械,TBM在隧道工程中被广泛应用。国内外学者对TBM的力学性能和结构设计都进行了大量研究,而有限元分析在这些研究中常作为重要的辅助手段。对于像TBM刀盘这类极为复杂的结构,有限元模型的构建往往要花费大量时间和精力。为此,本文采用ANSYS提供的APDL与VC++可视化编程技术相结合,开发了一套TBM刀盘有限元参数化建模与分析系统。首先,在不改变刀盘结构形态和特征尺寸的前提下,对细小和次要结构进行了合理简化,设置了能够反映刀盘系统结构特征和尺寸的61个可变参数。基于APDL开发了TBM刀盘系统有限元参数化建模程序,并指出了建模过程中应该注意的几个技术问题。其次,在编制刀盘建模APDL程序的基础上,开发了友好的人机交互界面,实现了VC++与ANSYS之间的数据传递,解决了输入几何参数的合理性甄别问题,建立了一套可视性良好的TBM刀盘有限元参数化建模与分析系统。通过对某型号直径4米TBM刀盘有限元模型的构建,验证了该系统良好的实用性、可靠性和便利性。最后,对该系统创建的刀盘模型在正常工作、极限承载及偏载工况下的强度进行了分析,得到了相应工况下刀盘的应力分布及变形情况。对比了所有计算工况下刀盘的倾覆力矩,结果表明,当所有滚刀均承载时,倾覆力矩与滚刀承力大小无直接关联;偏载越严重,刀盘倾覆力矩越大;刀盘下端承受偏载比其他部位承受偏载时更危险。这些信息对于改进刀盘设计具有一定参考价值。本文开发的TBM刀盘有限元参数化建模与分析系统,可在一定程度上解决TBM刀盘有限元模型构建重复、耗时、费力的难题,减轻TBM刀盘系统有限元分析的前期工作量,缩短结构分析和设计周期。
[Abstract]:As a special machine for tunnel excavation, TBM is widely used in tunnel engineering. Scholars at home and abroad have done a lot of research on the mechanical properties and structural design of TBM, and finite element analysis is often used as an important auxiliary means in these studies. For extremely complex structures such as TBM cutters, the construction of finite element models often takes a lot of time and effort. In this paper, a finite element parameterized modeling and analysis system for TBM cutters is developed by using the APDL and VC visual programming technology provided by ANSYS. Firstly, on the premise of not changing the shape and size of the cutter head structure, the small and secondary structures are reasonably simplified, and 61 variable parameters are set up which can reflect the structural characteristics and size of the cutter head system. The finite element parameterized modeling program for TBM cutter head system is developed based on APDL, and several technical problems that should be paid attention to in the process of modeling are pointed out. Secondly, based on the APDL program, a friendly man-machine interface is developed, which realizes the data transfer between VC and ANSYS, and solves the problem of reasonable identification of input geometric parameters. A finite element parameterized modeling and analysis system for TBM cutters with good visibility is established. By constructing a finite element model of a 4-meter diameter TBM cutter head, the good practicability, reliability and convenience of the system are verified. Finally, the strength of the cutter head model established by the system under normal operation, ultimate load loading and eccentric load is analyzed, and the stress distribution and deformation of the cutter head under the corresponding working conditions are obtained. The results show that when all hobs are loaded, the overturning torque is not directly related to the hob bearing force, and the more serious the eccentric load is, the greater the overturning moment of the cutter head is. The lower end of the cutter is more dangerous to bear bias than other parts. This information has certain reference value for improving the design of cutter head. The finite element parameterized modeling and analysis system of TBM cutter head developed in this paper can solve the problem of repeated, time-consuming and laborious finite element model construction of TBM cutter head to some extent, and reduce the workload of TBM cutter head system finite element analysis. Shorten the period of structural analysis and 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】:U455.3

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本文编号:2252663

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