TBM液压直管道振动稳定性研究

发布时间：2017-09-16 15:36

  本文关键词：TBM液压直管道振动稳定性研究

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【摘要】：摘要：硬岩掘进机(TBM)是专用于硬岩地质的、使隧道断面一次开挖成型的大型工程机械,其工作过程中强振动问题非常突出。强振动会加剧其上的液压管道的振动,极易引起管道的失稳,产生大幅振动以及由非线性等因素所诱发的混沌运动,严重影响管道系统的稳定性和工作可靠性。为了提高管道在振动环境下的稳定性,须对振动环境下管道的振动特性及稳定性进行深入研究。本文围绕TBM液压直管道系统,在理论模型和实验等方面展开研究,主要工作为以下几个方面： 1、基于达朗伯原理和牛顿定理,建立了基础振动作用下的管道非线性偏微分方程,对其进行无量纲化及离散化,得到其一阶常微分方程,利用等价线性化法将一阶常微分方程进行线性化处理,推导出等效固有频率模型。 2、研究了基础振动下液压直管道的分岔特性及与等效固有频率的相关性,结果表明,系统在基础振动下具有非常复杂的动力学行为,包括多种形式的周期运动、概周期运动、混沌运动；经计算分岔与等效固有频率相关性系数大于0.85。 3、基于等效固有频率模型研究了流体参数(流速、压力)及结构参数(管长、刚度、内径、壁厚)对管道失稳的影响规律,并通过正交试验对参数的影响顺序进行了研究,结果表明,随着流体参数、管长及内径的增大,等效固有频率降低,越容易失稳而发生分岔,随刚度及壁厚的增加,等效固有频率增大,管道越稳定；内径及壁厚是影响等效固有频率的最主要因素；在上述分析的基础上对传统管道选型方法进行优化,提出了适应于基础振动环境的新的选型准则,并推导出了管道的安装管长计算公式。 4、搭建基础振动下液压直管道振动实验平台,对基础振动下管道的动力学响应进行了实验研究,验证了管道流固耦合数学模型及分析方法的正确性,并对实验和理论之间的误差产生的原因进行了分析。图40幅,表4个,参考文献69篇。
【关键词】：TBM 液压直管道 稳定性 等效固有频率
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137;TH113.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 课题来源11
• 1.3 输流直管道的研究现状11-15
• 1.3.1 输流直管道稳定性研究现状11-14
• 1.3.2 输流直管道振动控制研究现状14-15
• 1.4 论文主要内容及研究思路15-17
• 2 TBM液压直管道运动微分方程17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 系统运动微分方程的建立17-23
• 2.2.1 流体单元受力分析18-19
• 2.2.2 管道单元受力分析19-21
• 2.2.3 管道的弯曲变形对轴向力的影响21-22
• 2.2.4 管道的运动微分方程22-23
• 2.3 运动微分方程的无量纲化及离散化23-28
• 2.3.1 运动微分方程的无量纲化23-24
• 2.3.2 运动微分方程的离散化24-28
• 2.4 运动微分方程的等价线性化及等效固有频率28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 3 TBM液压直管道的分岔特性及与等效固有频率相关性研究31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 基础振动对液压直管道分岔特性的影响31-39
• 3.2.1 基础振动频率对分岔特性的影响32-36
• 3.2.2 基础振动幅值对分岔特性的影响36-39
• 3.3 分岔与等效固有频率的相关性研究39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 4 TBM液压直管道稳定性研究42-53
• 4.1 引言42
• 4.2 基础振动作用下流体参数对等效固有频率的影响42-44
• 4.2.1 流速对等效固有频率的影响规律43
• 4.2.2 压力对等效固有频率的影响规律43-44
• 4.3 基础振动作用下结构参数对等效固有频率的影响44-47
• 4.3.1 单元管长对等效固有频率的影响规律44-45
• 4.3.2 弯曲刚度对等效固有频率的影响规律45-46
• 4.3.3 内径对等效固有频率的影响规律46
• 4.3.4 壁厚对等效固有频率的影响规律46-47
• 4.4 系统参数影响主次的正交试验47-50
• 4.4.1 正交试验设计方法47-48
• 4.4.2 试验安排及结果分析48-50
• 4.5 管道系统的减振措施50-52
• 4.5.1 基础振动下管道选型准则50-51
• 4.5.2 基础振动下管道安装长度的确定51-52
• 4.6 本章小结52-53
• 5 TBM液压直管道振动特性实验53-66
• 5.1 引言53
• 5.2 实验目的53
• 5.3 实验系统及实验方案53-59
• 5.3.1 实验系统53-57
• 5.3.2 实验参数及其测量57-58
• 5.3.3 实验步骤58-59
• 5.4 实验参数设定及实验结果与误差分析59-64
• 5.4.1 实验参数设定59-60
• 5.4.2 实验结果与数据分析60-64
• 5.4.3 实验误差分析64
• 5.5 本章小结64-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读学位期间主要的研究成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：863936