TBM液压管道防共振结构设计流程

针对TBM掘进过程中液压管道在强振动环境下发生共振,导致管道振动加剧的问题,建立了基础振动下两端固支输流管道流固耦合数学模型,运用Galerkin方法和Matlab工具对其进行了求解,且对其结果进行了实验验证,得到了管道发生共振的临界固支间距,并分析了基础振动和结构参数对临界固支间距的影响,进而制定了避免管道发生共振的结构设计流程。结果表明:管道发生共振的临界固支间距随基础振动频率的增大而减小;管道内径每增加5 mm,临界固支间距的上界增大0.26 m;管道厚度为3 mm时,厚度每增加1 mm,上界增大2.87%。     

TBM液压直管道的非线性动力学特性研究

针对TBM掘进过程中产生的振动对液压管道的影响,以液压直管为研究对象,在考虑管道变形的几何非线性及流体脉动的情况下,建立系统的非线性运动微分方程,运用Galerkin方法对其进行离散化,采用数值仿真方法分析基础振动振幅及频率对系统非线性动力学特性的影响规律。结果表明随着基础振动频率和幅值的变化,管道系统交替呈现周期和混沌运动两种形态。系统通过系列倍周期分岔或阵发性混沌进入混沌,通过倍周期倒分岔脱离混沌;当传递到管道上的基础振动频率低于42 Hz时,或者当传递到管道上的基础振动幅值D在(0,2.5)和(6.5,8.4) mm区间时,可以有效避免系统混沌运动的产生,增加管道运动的稳定性。     

TBM液压管道等效固有频率及稳定性研究

针对TBM掘进过程中产生的基础振动对液压长管道稳定性的影响,选取长管道相邻两固定支承及其之间的管道作为一个单元,建立基础振动下管道单元的非线性微分方程,并通过实验验证振动微分方程的正确性,运用等价线性化推导出管道的等效固有频率的数学模型。研究输流管道系统固有频率与稳定性的相关性,分别讨论流体参数和结构参数对等效固有频率的影响规律。结果表明:利用等效固有频率能很好地反映系统的稳定性,两者相关系数大于0.85。随着流速、压力及单元管长、内径的增大或刚度、壁厚的减小,管道系统的等效固有频率降低,系统稳定性降低;随着基础振动的增大,系统等效固有频率越低,越容易失稳。     

TBM液压管道频谱特性分析和结构优化

考虑到全断面硬岩推进机(TBM)掘进过程中轴向基础振动对流体流速和压力波动的影响,运用输流管道流固耦合轴向运动4-方程模型,分析基础振动的影响,建立轴向基础振动下的TBM液压管道轴向耦合振动方程组,并用直接解法在频域内对其进行求解,再运用MATLAB软件对管道出口处流速和压力的频域响应特性进行仿真计算,随之分析基础振动和不同结构参数对流体频域响应的影响规律。同时,为减弱基础振动对流体出口参数的影响,运用正交实验法对管道进行结构优化,优化后的管道系统流速的频域幅值整体上减小了48.61%,从而在一定程度上抑制了因基础振动带来的流体波动。