全断面硬岩掘进机刀盘结构改进设计

刀盘是全断面硬岩掘进机(简称TBM)的核心工作部件,其结构设计对TBM掘进性能有很大影响。以辽西北供水项目的 TBM刀盘为研究对象,建立等效刀盘几何模型和有限元模型,依据典型载荷工况在刀座上施加滚刀额定三向载荷,分析不同载荷工况下结构应力及变形分布情况,发现在法兰与支撑筋的焊接部位出现刀盘最大应力(146MPa),支撑筋与法兰连接处应力存在大幅度的突变,这与该焊接面积过小有关,故增加法兰与联接筋的焊接面积,提出刀盘结构改进方案,改进后结构最大等效应力降低56%,改进效果明显,为TBM刀盘的结构设计提供参考依据。     

TBM刀盘有限元参数化建模方法

受结构复杂性的影响,TBM刀盘的有限元建模过程将耗费大量的时间成本。基于APDL(ANSYS parametric design language)语言,研究了典型刀盘结构的有限元参数化建模方法,并通过模态实验对建模方法的可靠性进行了验证。结果表明:刀盘固有频率的计算值与测试值的最大误差仅为6.58%,按本文方法建立的刀盘有限元模型能够较好地反映实物模型的固有特性,可作为相关仿真计算的基础模型。研究结果可为刀盘的仿真分析及复杂结构的快速有限元建模提供参考。     

复合岩层TBM刀盘外部载荷的确定

TBM在工作过程中地层结构的多变性导致刀盘受力的复杂性,针对刀盘受力问题以TBM刀盘掘进沈阳地铁二号线复合地层为研究条件,基于SolidWorks建立了简化的刀盘三维模型和岩石截面分层模型,构成破岩系统模型。利用CSM滚刀预测模型计算了滚刀在不同岩层下所需的破岩力,合算出掘进实际地层时刀盘所需推力。在ADAMS环境中对刀盘破岩过程进行动力学模拟,通过提取盘面上所有滚刀载荷和刀盘惯性载荷来确定整个TBM刀盘掘进过程中的载荷时间历程。     

大直径盾构刀盘结构整体强度分析

盾构掘进机是一种广泛应用于隧道工程施工的大型机械设备。刀盘刀具是盾构掘进机的关键部件,因此盾构刀盘的强度设计十分重要。文中利用有限元软件建立盾构刀盘的有限元模型进行数值模拟,分析了在不同工况及不同设计方案下刀盘的受力状态,为盾构刀盘刀具优化结构设计提供参考依据。     

TBM刀盘设计综述

刀盘是TBM的关键部件,是影响TBM掘进效率的决定性因素。分析TBM刀盘的结构形式,根据盘形滚刀的破岩机理和大直径滚刀在现代工程实际中的良好业绩,说明大直径滚刀是TBM发展方向;根据平均刀间距的计算公式,确定滚刀数量及布置方式;根据安装滚刀的线速度计算刀盘最大转速,为TBM刀盘的选型、刀具布置及动力配备提供重要依据。     

多点分布载荷作用下TBM刀盘裂纹萌生寿命预测

隧道掘进机(TBM)是用于隧道掘进的大型复杂工程机械,刀盘是TBM的关键部件承载数十把滚刀与岩石作用。掘进时的反力和扭矩作用在刀盘上容易产生裂纹降低寿命,刀盘的寿命制约着TBM的寿命。为了研究刀盘的寿命,提出了综合运用多体动力学和有限元计算刀盘动应力的一种方法并使用此方法计算了刀盘的动应力,计算结果与实测数据的均值误差仅为13%。对动应力进行统计计数并按照幅值的分布规律将其分为八级,结合材料的应力-寿命曲线对刀盘裂纹萌生寿命进行了预测,预测结果表明刀盘的裂纹萌生寿命为84天。裂纹萌生寿命预测结果可以为TBM刀盘的抗疲劳设计提供参考,也可以为安排施工检修周期提供依据。     

TBM刀盘自动装配系统开发

全断面掘进机刀盘(TBM)是TBM的核心部件,TBM刀盘模型装配过程耗费设计人员大量的时间,不仅降低了刀盘整体设计的效率,还会由于操作人员对各类三维软件的不熟悉而降低刀盘装配的可靠性,因此对TBM刀盘自动装配进行系统开发很有必要。对工程上常见的几类典型结构刀盘装配体模型进行Solid Works二次开发做了研究,运用C#语言在Visual Studio 2010环境下进行Windows界面开发,最终开发出TBM刀盘自动装配系统的Solid Works插件,该系统具有自动装配和干涉检查功能,保证了自动装配后的刀盘模型准确、可靠。     

基于子模型算法的某螺旋桨遥测盘局部强度计算与分析

针对传统有限元对大型旋转件进行数值模拟时网格数量多、计算精度低、应力集中难以表征等缺点,应用有限元子模型算法,对某旋转遥测盘的局部旋转强度进行了详细计算分析。在ANSYS软件中建立了基于循环对称的全局有限元模型,计算最大工作转速的应力分布情况,确定高应力区。根据全局模型结果建立高精度的子模型,进一步模拟子模型的应力分布情况,得到危险点应力,进行了强度校核,结果表明考核部位的局部强度满足设计要求。     

全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。     

基于子模型法的大型薄壁结构有限元分析

对于大型薄壁结构的有限元计算,一般采用壳单元。但是大量的实例和标准表明,对于结构交叉部位的应力计算精度较低。为对比计算结果,利用Solid186单元和Shell93单元分别建立旋风轴流器实体和壳有限元模型。由计算结果可知,实体和壳单元在喇叭筒体处的最大应力分别为52.3 MPa和47.3 MPa,其应力误差超过10%,而其他部位的应力误差都在5%以内。为提高计算精度,采用壳到实体子模型技术,与实体模型相比,子模型相应部位应力为53.8 MPa,其应力误差在3%以内。所以,对于分析大型薄壁结构,壳到实体子模型技术能够有效解壳单元计算的准确性,提高计算精度,并能节省计算资源和计算时间。     

A Numerical Method for Extrication Characteristics of TBM Cutter-Head with the HVC

Achieving highly efficient extrication of the tunnel boring machine(TBM) cutter-head driving system from the collapsed surrounding rock has become a key problem globally, and significant effort has been directed to improve TBM cutter-head extricating ability. In this study, the characteristics of a hydro-viscous device have been investigated to improve extricating performance of the TBM cutter-head. A numerical method based on an explicit pressure-linked equation is presented for computing the film parameters of the HVC, which is then applied to investigate extrication characteristics of a TBM cutter-head with a hydro-viscous clutch(HVC). The explicit pressure-linked equation is derived from the Navier–Stokes equations and the conservation equation, where boundary conditions are involved. The model of a cutter-head driving system with an HVC is established, and the extrication characteristics of the cutterhead driving system are analyzed and compared with three extrication strategies. The variation in extrication torque shows that the linear strategy or positive parabolic strategy are preferred for their relatively high extrication efficiency and low rigid impact, and the effects of throughflow rate on torque transmission are also investigated. The test rig of the TBM cutter-head driving system was set up to validate the numerical method and the model of a cutter-head driving system, and the feasibility of the proposed numerical method for researching the extrication of the TBM cutter-head is verified.     

子模型技术在四辊轧机机架强度分析中的应用

提出了一种预测四辊轧机机架疲劳寿命的方法.通过采用三维有限元(FEM)和子模型技术对某轧钢厂一台四辊轧机进行了强度分析;在现场动态测试基础上,运用Miner公式并结合修正后的p-s-N曲线及实际载荷谱,计算得到了该轧机机架的疲劳寿命.     

基于ANSYS的雷达结构强度分析

现代仿真技术的应用极大地提高了工业产品的设计能力,其中以有限元算法应用最为广泛.文中以某型雷达的传动结构为研究目标,运用有限元软件对其进行刚强度分析.通过建立刚性区域,耦合主节点自由度来模拟运动关系的约束关系,并考虑结构对称性以简化计算模型,得到整个传动结构部分的应力位移分布,为结构改进提供理论依据.     

基于电测法铲运机后车体结构强度分析

车体是铲运机的承载基体,既承担各部分总成的质量,又承受各种力和力矩,对整车性能的好坏其重要作用。14吨混合动力铲运机由同等承载的柴油铲运机改造而成,主要对后车体内传动系统和承载系统进行改造,对新结构形式下车架强度进行分析。在对铲运机典型工作循环分析的基础上,结合铲运机中央铰接处的结构特点,对混合动力铲运机整车进行受力分析,建立铲运机后车体有限元分析分析模型,对其结构强度进行分析。采用电测法对车体结构的插入、联合铲装过程进行应变测试,获得此过程应力变化情况,选取关键位置与有限元分析结果进行对比分析。结果表明:改造后车架强度满足要求;铲运机在后轮离开地面时,后车体出现应力最大值点,设计中需加以重点分析;有限元分析与试验测试结果的一致性,证明分析结果的可靠性,可以作为实际设计的参考依据。     

基于数论方法的结构可靠性分析

提出一种基于数论理论多元分布代表点的结构可靠性分析方法。利用均匀散布理论基于F-偏差准则得到均匀散布点集合,进而求解得到多元分布的代表点集合。之后将代表点作为随机变量通过循环迭代的方式计算失效函数,应用近似分布函数计算系统可靠度。作为数值仿真算例,应用此方法,对一具有非线性和变量相关性的梁的失效函数进行可靠性分析,并与JC法和Monte Carlo方法进行了比较。JC法计算速度快,但对于非线性方程计算精度一般。Monte Carlo方法计算精度高、稳健性好,但计算成本相当高。相比而言,数论代表点方法不需要巨量的样本点,有较好的计算效率,有较高的计算精度,而且可以简单的应用于与结构可靠性相关的各类问题,便于应用。     

基于ABQUS的矿用带式输送机滚筒结构强度分析

为改进带式输送机中滚筒的结构性能,提升其使用寿命,分析了带式输送机及滚筒的结构特点,采用有限元分析方法,开展了滚筒的结构性能研究,得出滚筒中辐板中间内圈及筒壳与辐板接触焊接处是整个结构的薄弱部位,影响着滚筒及设备的作业效率.通过对辐板进行结构优化,得出改进后滚筒具有更高的结构强度,更能满足设备及现场使用需求,这对保障滚筒的正常作业及运行安全性起着重要作用.     

基于等强度理论压气机轮盘结构优化分析

为降低航空发动机轮盘的质量,提高发动机推质比,基于等强度轮盘结构,对发动机轮盘进行参数化结构优化设计.运用理论分析方法与有限元软件ANSYS仿真相结合,计算轮盘径向/周向最大应力.然后以节点最大等效应力满足许用安全系数为约束条件,以体积最小为优化目标函数运用ANSYS一阶优化方法对初始轮盘进行结构优化.优化后的轮盘在保证满足强度设计的前提下,体积可减少27％,相应的也减轻了轮盘质量,提高了发动机的推质比.同时论文的研究方法可为发动机轮盘结构优化设计提供参考.     

基于等强度理论压气机轮盘结构优化分析

为降低航空发动机轮盘的质量,提高发动机推质比,基于等强度轮盘结构,对发动机轮盘进行参数化结构优化设计.运用理论分析方法与有限元软件ANSYS仿真相结合,计算轮盘径向/周向最大应力.然后以节点最大等效应力满足许用安全系数为约束条件,以体积最小为优化目标函数运用ANSYS一阶优化方法对初始轮盘进行结构优化.优化后的轮盘在保证满足强度设计的前提下,体积可减少27％,相应的也减轻了轮盘质量,提高了发动机的推质比.同时论文的研究方法可为发动机轮盘结构优化设计提供参考.     

基于ANSYS对EBZ260掘进机减速器结构强度的分析研究

根据掘进机结构和性能参数的要求,以EBZ260型掘进机减速器为研究对象,建立行星减速器有限元分析模型,在仅考虑切向作用载荷情况下,计算了心轴、行星轮、内齿圈的应力分布情况.根据计算的结果可知减速器最大应力为449.6 MPa,最大变形量0.091 9 mm,最后对行星轮提出优化改进方案,研究对提高设备使用寿命具有重要意义,对减速器结构强度的研究具有积极参考价值.     

基于现代设计方法的结构分析

应用现代设计方法对汽车机械进行结构强度分析.用Pro/E软件建立参数化模型,导入有限元前后处理软件HYPERMESH中做前处理,在ANSYS中进行有限元求解、分析,得出该支架的强度;进一步用ANSYS生成柔性体,导入ADAMS中,进行振动模态分析,检查模型的模态、频率,验证支架发生共振的可能性;为现代机械设计提供一些可行的经验、方法.