盾构机刀具布置规律研究

发布时间：2017-06-11 07:13

  本文关键词：盾构机刀具布置规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：盾构机是水利水电、地铁隧道等工程中的主要施工设备。刀盘作为掘进中破岩的关键部件,刀盘刀具布置的优劣直接影响盾构机的掘进性能、施工成本及施工效率,因此刀具布置方案应尽量符合实际工程。针对我国的特殊地质条件,国内研究学者在大量的研究基础上得到了若干基于优化算法的刀具布置优化方案。本文采用数值模拟结合优化算法的方法研究盾构机刀具布置方案,并将此方案应用于某盾构机刀盘,验证其合理性。分析盾构机主要破岩刀具破岩机理,并结合数学模拟的方法研究刀盘刀具布置的预测模型。分析刀盘正滚刀布置规律、边滚刀布置方法,确定影响刀盘刀具布置的参数,为刀盘刀具布置及优化设计提供理论参考。论文探索与研究了优化算法的选择过程。采用三种不同优化算法,以刀具的破岩力、力矩为研究对象,通过对比三种算法的计算结果,确定多目标遗传算法较另外两种算法的优越性,阐述选用多目标遗传算法优化刀盘刀具布置的合理性。将多目标遗传算法优化设计方案应用于某盾构机刀盘。方案设计步骤为:首先根据破岩机理、CSM模型及影响参数建立盾构机刀盘刀具布置的数学模型,即确定了其设计变量、目标函数及约束条件;其次采用多目标遗传算法计算结果并经过整理得到有效的Pareto解集;最后根据布置原则、地质条件等选择出一组最优解作为布置方案。建立优化前后盾构机刀盘的三维模型,采用ANSYSWorkbench对优化前后的刀盘进行仿真分析,对比优化前后刀盘的受力与变形,进一步验证在优化刀盘刀具布置优化方案的合理性、有效性及可行性。
【关键词】：盾构机 刀盘刀具 数学模型 优化算法 布置规律
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.39
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 研究背景及意义7-9
• 1.2 国内外刀具布置研究现状9-11
• 1.2.1 破岩机理研究现状9
• 1.2.2 刀具布置规律研究现状9-10
• 1.2.3 采用优化算法布置刀具研究现状10-11
• 1.3 课题来源11
• 1.4 主要研究内容11-13
• 第二章 盾构机刀盘刀具布置规律研究13-26
• 2.1 盾构机刀盘结构及刀具简介13-15
• 2.1.1 刀盘结构简介13-14
• 2.1.2 刀具简介14-15
• 2.2 盘形滚刀破岩机理分析15-21
• 2.2.1 盘形滚刀简介15-17
• 2.2.2 盘形滚刀破岩机理17-18
• 2.2.3 盘形滚刀破岩受力模型18-20
• 2.2.4 刀盘推力及扭矩计算20-21
• 2.3 刀具布置规律研究21-25
• 2.3.1 刀具布置规律21-24
• 2.3.2 滚刀破岩效率影响因素24-25
• 2.4 小结25-26
• 第三章 盾构刀具布置优化算法选择26-39
• 3.1 机械优化简介及数学模型的建立26-28
• 3.1.1 机械优化简介26-27
• 3.1.2 优化数学模型27-28
• 3.2 三种优化算法对盾构刀具布置优化过程28-33
• 3.2.1 传统优化算法29-30
• 3.2.2 标准遗传算法30-32
• 3.2.3 多目标遗传算法32-33
• 3.3 刀盘刀具优化算法选择33-37
• 3.3.1 刀盘简介33-34
• 3.3.2 不同算法的刀盘刀具优化结果对比34-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 基于多目标遗传算法的刀盘刀具布置优化39-55
• 4.1 刀盘刀具布置原则及思路39-40
• 4.2 刀盘的数学模型建立40-45
• 4.2.1 设计变量的确定40-42
• 4.2.3 目标函数的确定42-43
• 4.2.4 约束条件的确定43-45
• 4.3 工程实例45-53
• 4.3.1 盾构机刀盘简介45-47
• 4.3.2 数学模型47-49
• 4.3.3 优化计算及结果分析49-50
• 4.3.4 更改刀具数量后刀盘优化计算及对比50-53
• 4.4 不同边滚刀数量优化结果对比53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 刀盘刀具布置优化结果分析55-65
• 5.1 盾构机刀盘三维建模55-57
• 5.1.1 刀具模型55-56
• 5.1.2 优化前后刀盘模型56-57
• 5.2 优化后刀盘于与原刀盘力学性能对比57-60
• 5.2.1 定义模型材料57-58
• 5.2.2 刀盘整体性能对比58-60
• 5.3 优化后刀盘性能分析60-63
• 5.4 本章小结63-65
• 第六章 总结与展望65-67
• 6.1 总结65-66
• 6.2 展望66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文72

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