TBM刀盘三维裂纹扩展规律及其抗损伤设计
发布时间：2020-12-02 17:18
全断面岩石掘进机（TBM）是隧道挖掘领域中具有代表性的大型机械设备。刀盘是TBM的核心部件,其使用寿命直接决定了 TBM刀盘的服役时间,掘进过程中由于掘进环境的恶劣导致刀盘盘体、刀座、滚刀等部件在未达到预定寿命前出现不同程度的损伤,导致了巨大的经济损失。经过统计分析裂纹是导致TBM刀盘损伤的主要原因,造成刀盘疲劳失效的根本原因是缺乏对TBM刀盘疲劳性能的研究,没有针对疲劳性能提出具体的设计方案及评价方法。因此,研究TBM刀盘的疲劳失效机理、空间多点载荷下TBM刀盘抗损伤设计方案及相应的评价标准,对延长TBM刀盘使用寿命,减少经济损失有着较大的理论价值及工程意义。为了有效解决以上问题,本文对刀盘的疲劳失效机理、抗疲劳损设计方案及疲劳性能评价展开深入研究和探讨,主要研究内容如下:（1）TBM刀盘全周期裂纹扩展速率模型:针对TBM刀盘服役过程中盘体开裂严重的问题,本文根据刀盘失效样件研究TBM刀盘主要失效形式,结合影响裂纹扩展的主要因素及刀盘结构的特点,建立适合于TBM刀盘全周期裂纹扩展速率模型,并开展疲劳拉伸实验确定模型中相关参数,对比实验结果验证本文提出裂纹扩展速率模型正确性,为TBM刀...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２中天山隧道ＴＢＭ刀盘裂纹统计??Ｆｉｇ?１．２?Ｃｒａｃｋ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ＴＢＭ?ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ?ｉｎ?ＺｈｏｎｇＴｉａｎｓｈａｎ?ｔｕｎｎｅｌ??
图１．３裂纹尖端的几何形状??Ｆｉｇ?１．３?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?ｃｒａｃｋ?ｔｉｐ??Ｎｅｗｍａｎ和Ｒａｊｕｉ正明，在０＜ａ／ｃ＜０＿ｌ，且ａ＂幺０‘８的范围内，其公式误差小于??±５％。近年来，Ｎｅｗａｎ和Ｒａ扣提出的应力强度因子计算公式得到了广泛的应用，同时??也被当做对比的对象。??上述研究学者主要通过解析法求解裂纹尖端的应力强度因子，此办法仍有一定的局??限性，滞留在理想模型和简单的边界条件上，对于实际情况复杂载荷作用下的裂纹理论模??型则难以适用。例如ＴＢＭ刀盘在施工过程中工况随机性大，造成边界条件和结构形式??较为复杂，此时解析法无法准确的计算裂纹的扩展情况，需要借助数值方法求解裂纹尖??端参数，来计算裂纹在复杂结构中及随机性大的外部加载条件下裂纹尖端应力强度因子??变化情况，由子其实用性强，数值模拟计算裂纹尖端有限７Ｃ的方法现如今被广泛的研究??应用，现如今有限元法被认为是求解实际工程下裂纹尖端应力强度因子最有效的办法，??但是该方法存在着一定的缺点例如计算工作量大，尤其是对结构复杂载荷边界随机性大??情况。如果模型改变或裂纹Ｋ寸发卞变化．则需要对网格进行重新划分以满足对计算的??需求。针对这个问题广大学者进行了深入的研究，其中Ｌｉｎ和Ｓｍｉｔｈｌ４４＃没有用原有??
抗损伤设计，检验上述提出方法的正确性与否。??最后一章对本文研究工作进行了总结和展望，并提炼出全文的创新点。为说明全文??各章节的逻辑关系，全文的总体组织逻辑框架如图１．５所示。??（第＿草）?????；盘疲劳裂纹扩展｜?｜?：维裂纹扩Ｍ投拟及裂｜?！??；速率计算模型（第二章）?纹失效规律（第三章），????；?１谓祕?；?＂??ＴＢＭ?盘抗损伤结构设计（第四窣＞??ＴＢＭ刀盘疲劳性能评价（第五章）??Ｉ：程应Ｈｊ（第八Ａ??ｄ??图１．５论文总体框架??Ｆｉｇ?１．５?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ??１．４?本章小结??本章首先介绍了论文的研究背景及其工程意义，指出ＴＢＭ刀盘疲劳损伤机理及抗??损设计研究的必要性，其次阐述了国内外相关研究工作的进展，总结相关研究成果及未??涉及的关键问题，最后明确全文主要研宄内容，并给出全文的总体技术路线及组织框架。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于1-9标度法的交互性资产绩效管理评价体系[J]. 任云良. 实验技术与管理. 2017(11)
[2]焊缝金属解理断裂微观机理[J]. 陈剑虹,曹睿. 金属学报. 2017(11)
[3]复合岩层中TBM滚刀与围岩相互作用机理的数值模拟研究[J]. 刘予会,温森,盛桂琳. 中国科技论文. 2017(13)
[4]复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析[J]. 凌静秀,孙伟,杨晓静,练国富,江吉彬. 哈尔滨工程大学学报. 2017(04)
[5]TBM刀盘缩尺试验台设计及其静动态特性分析[J]. 霍军周,李广庆,吴瀚洋,孙伟,孙晓龙. 哈尔滨工程大学学报. 2016(05)
[6]基于TBM刀盘剖面轮廓的滚刀极径优化布置设计[J]. 郭伟,孙红艳,刘建琴,宋立玮,孙斌. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(12)
[7]轧辊材料疲劳裂纹扩展理论计算与分析[J]. 温宏权,李彦龙,瞿海霞,吴琼,孙大乐. 宝钢技术. 2015(04)
[8]基于密实核理论的单滚刀多阶段受力预测模型[J]. 孙伟,张旭,赵奎山. 机械设计与制造. 2015(06)
[9]TBM滚刀动、静载荷组合破岩数值模拟[J]. 刘杰,曹平,蒋喆,刘京铄,谭希文. 中南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究[J]. 毛可毅,于朋涛,牟浩蕾,冯振宇. 机械科学与技术. 2015(04)
博士论文
[1]空间分布载荷下TBM刀盘振动分析及寿命预测[D]. 凌静秀.大连理工大学 2015
[2]热环境下不确定性热-结构分析及可靠性研究[D]. 云永琥.西安电子科技大学 2015
[3]船体结构疲劳裂纹扩展及其可靠性分析直接计算法研究[D]. 何文涛.华中科技大学 2015
[4]冲击载荷作用下压力容器用金属材料动态断裂行为的研究[D]. 潘建华.中国科学技术大学 2013
[5]以可靠性为中心的高速列车设备维修决策支持系统研究[D]. 王灵芝.北京交通大学 2011
[6]疲劳裂纹扩展研究及在装载机横梁寿命估算中的应用[D]. 衣振华.山东大学 2011
[7]港口起重机金属结构安全性评价方法研究[D]. 黄海.武汉理工大学 2008
[8]具有裂纹损伤的船舶结构剩余极限强度分析[D]. 王芳.上海交通大学 2007
[9]船舶结构疲劳强度评估方法研究[D]. 冯国庆.哈尔滨工程大学 2006
[10]钢结构脆性断裂的力学机理及其工程设计方法研究[D]. 武延民.清华大学 2005
硕士论文
[1]TBM滚刀多阶段受力模型及其联接结构动态设计[D]. 张旭.大连理工大学 2015
[2]基于断裂力学的船舶加筋板结构低周疲劳研究[D]. 董琴.武汉理工大学 2014
[3]飞机结构多部位损伤研究[D]. 王欢欢.南京航空航天大学 2012
[4]F-AHP方法在工业企业信用评估中的研究[D]. 李娟.湖南大学 2010
[5]TBM滚刀布置与刀盘结构参数优化设计研究[D]. 张鹏.大连理工大学 2009
[6]我国冲压机械伤害风险评价分析及对策研究[D]. 王起全.首都经济贸易大学 2004
本文编号：2895550
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２中天山隧道ＴＢＭ刀盘裂纹统计??Ｆｉｇ?１．２?Ｃｒａｃｋ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ＴＢＭ?ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ?ｉｎ?ＺｈｏｎｇＴｉａｎｓｈａｎ?ｔｕｎｎｅｌ??
图１．３裂纹尖端的几何形状??Ｆｉｇ?１．３?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?ｃｒａｃｋ?ｔｉｐ??Ｎｅｗｍａｎ和Ｒａｊｕｉ正明，在０＜ａ／ｃ＜０＿ｌ，且ａ＂幺０‘８的范围内，其公式误差小于??±５％。近年来，Ｎｅｗａｎ和Ｒａ扣提出的应力强度因子计算公式得到了广泛的应用，同时??也被当做对比的对象。??上述研究学者主要通过解析法求解裂纹尖端的应力强度因子，此办法仍有一定的局??限性，滞留在理想模型和简单的边界条件上，对于实际情况复杂载荷作用下的裂纹理论模??型则难以适用。例如ＴＢＭ刀盘在施工过程中工况随机性大，造成边界条件和结构形式??较为复杂，此时解析法无法准确的计算裂纹的扩展情况，需要借助数值方法求解裂纹尖??端参数，来计算裂纹在复杂结构中及随机性大的外部加载条件下裂纹尖端应力强度因子??变化情况，由子其实用性强，数值模拟计算裂纹尖端有限７Ｃ的方法现如今被广泛的研究??应用，现如今有限元法被认为是求解实际工程下裂纹尖端应力强度因子最有效的办法，??但是该方法存在着一定的缺点例如计算工作量大，尤其是对结构复杂载荷边界随机性大??情况。如果模型改变或裂纹Ｋ寸发卞变化．则需要对网格进行重新划分以满足对计算的??需求。针对这个问题广大学者进行了深入的研究，其中Ｌｉｎ和Ｓｍｉｔｈｌ４４＃没有用原有??
抗损伤设计，检验上述提出方法的正确性与否。??最后一章对本文研究工作进行了总结和展望，并提炼出全文的创新点。为说明全文??各章节的逻辑关系，全文的总体组织逻辑框架如图１．５所示。??（第＿草）?????；盘疲劳裂纹扩展｜?｜?：维裂纹扩Ｍ投拟及裂｜?！??；速率计算模型（第二章）?纹失效规律（第三章），????；?１谓祕?；?＂??ＴＢＭ?盘抗损伤结构设计（第四窣＞??ＴＢＭ刀盘疲劳性能评价（第五章）??Ｉ：程应Ｈｊ（第八Ａ??ｄ??图１．５论文总体框架??Ｆｉｇ?１．５?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ??１．４?本章小结??本章首先介绍了论文的研究背景及其工程意义，指出ＴＢＭ刀盘疲劳损伤机理及抗??损设计研究的必要性，其次阐述了国内外相关研究工作的进展，总结相关研究成果及未??涉及的关键问题，最后明确全文主要研宄内容，并给出全文的总体技术路线及组织框架。??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于1-9标度法的交互性资产绩效管理评价体系[J]. 任云良. 实验技术与管理. 2017(11)
[2]焊缝金属解理断裂微观机理[J]. 陈剑虹,曹睿. 金属学报. 2017(11)
[3]复合岩层中TBM滚刀与围岩相互作用机理的数值模拟研究[J]. 刘予会,温森,盛桂琳. 中国科技论文. 2017(13)
[4]复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析[J]. 凌静秀,孙伟,杨晓静,练国富,江吉彬. 哈尔滨工程大学学报. 2017(04)
[5]TBM刀盘缩尺试验台设计及其静动态特性分析[J]. 霍军周,李广庆,吴瀚洋,孙伟,孙晓龙. 哈尔滨工程大学学报. 2016(05)
[6]基于TBM刀盘剖面轮廓的滚刀极径优化布置设计[J]. 郭伟,孙红艳,刘建琴,宋立玮,孙斌. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2016(12)
[7]轧辊材料疲劳裂纹扩展理论计算与分析[J]. 温宏权,李彦龙,瞿海霞,吴琼,孙大乐. 宝钢技术. 2015(04)
[8]基于密实核理论的单滚刀多阶段受力预测模型[J]. 孙伟,张旭,赵奎山. 机械设计与制造. 2015(06)
[9]TBM滚刀动、静载荷组合破岩数值模拟[J]. 刘杰,曹平,蒋喆,刘京铄,谭希文. 中南大学学报(自然科学版). 2015(04)
[10]广布疲劳损伤裂纹萌生问题研究[J]. 毛可毅,于朋涛,牟浩蕾,冯振宇. 机械科学与技术. 2015(04)
博士论文
[1]空间分布载荷下TBM刀盘振动分析及寿命预测[D]. 凌静秀.大连理工大学 2015
[2]热环境下不确定性热-结构分析及可靠性研究[D]. 云永琥.西安电子科技大学 2015
[3]船体结构疲劳裂纹扩展及其可靠性分析直接计算法研究[D]. 何文涛.华中科技大学 2015
[4]冲击载荷作用下压力容器用金属材料动态断裂行为的研究[D]. 潘建华.中国科学技术大学 2013
[5]以可靠性为中心的高速列车设备维修决策支持系统研究[D]. 王灵芝.北京交通大学 2011
[6]疲劳裂纹扩展研究及在装载机横梁寿命估算中的应用[D]. 衣振华.山东大学 2011
[7]港口起重机金属结构安全性评价方法研究[D]. 黄海.武汉理工大学 2008
[8]具有裂纹损伤的船舶结构剩余极限强度分析[D]. 王芳.上海交通大学 2007
[9]船舶结构疲劳强度评估方法研究[D]. 冯国庆.哈尔滨工程大学 2006
[10]钢结构脆性断裂的力学机理及其工程设计方法研究[D]. 武延民.清华大学 2005
硕士论文
[1]TBM滚刀多阶段受力模型及其联接结构动态设计[D]. 张旭.大连理工大学 2015
[2]基于断裂力学的船舶加筋板结构低周疲劳研究[D]. 董琴.武汉理工大学 2014
[3]飞机结构多部位损伤研究[D]. 王欢欢.南京航空航天大学 2012
[4]F-AHP方法在工业企业信用评估中的研究[D]. 李娟.湖南大学 2010
[5]TBM滚刀布置与刀盘结构参数优化设计研究[D]. 张鹏.大连理工大学 2009
[6]我国冲压机械伤害风险评价分析及对策研究[D]. 王起全.首都经济贸易大学 2004
本文编号：2895550
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/2895550.html
