强冲击载荷下岩石损伤特性实验研究

通过在一级轻气炮驱动的平板碰撞实验台进行冲击损伤实验 ,对软回收样品进行超声波测试 ,研究了强冲击载荷下两种典型岩石损伤特性 .结果表明 ,岩石的动态损伤与冲击速度和超声波衰减系数α有关 ,后者较好地反映了岩石的损伤程度 ,可作为构造岩石损伤模型的主要参量     

复合岩层地质下硬岩隧道掘进机滚刀布局方法

为了减少滚刀的换刀次数,提高隧道掘进机在复合岩层地质下掘进时的施工效率, 针对复合岩石地层中刀盘滚刀磨损程度不同且所受载荷不均匀的特点,提出基于等磨损速率的正滚刀极径设计方法. 以秦岭隧道TB880E实际施工记录的数据为实例,得出滚刀的等磨损速率方差相对降低了10.45%;结合刀盘盘体载荷的分布特性,提出基于刀盘受载均匀的多螺旋线旋转分区域极角设计方法. 分析随机型刀盘、等速螺旋线型刀盘、多螺旋线型刀盘在复合地质条件下刀盘滚刀的磨损速率方差、倾覆力矩、径向不平衡力和质心偏斜量. 结果表明,8条螺旋线型刀盘滚刀的布置性能综合最优.     

复合岩层地质下硬岩隧道掘进机滚刀布局方法

为了减少滚刀的换刀次数,提高隧道掘进机在复合岩层地质下掘进时的施工效率,针对复合岩石地层中刀盘滚刀磨损程度不同且所受载荷不均匀的特点,提出基于等磨损速率的正滚刀极径设计方法.以秦岭隧道TB880E实际施工记录的数据为实例,得出滚刀的等磨损速率方差相对降低了10.45%;结合刀盘盘体载荷的分布特性,提出基于刀盘受载均匀的多螺旋线旋转分区域极角设计方法.分析随机型刀盘、等速螺旋线型刀盘、多螺旋线型刀盘在复合地质条件下刀盘滚刀的磨损速率方差、倾覆力矩、径向不平衡力和质心偏斜量.结果表明,8条螺旋线型刀盘滚刀的布置性能综合最优.     

复合岩层地质下硬岩隧道掘进机滚刀布局方法

为了减少滚刀的换刀次数,提高隧道掘进机在复合岩层地质下掘进时的施工效率,针对复合岩石地层中刀盘滚刀磨损程度不同且所受载荷不均匀的特点,提出基于等磨损速率的正滚刀极径设计方法.以秦岭隧道TB880E实际施工记录的数据为实例,得出滚刀的等磨损速率方差相对降低了10.45%;结合刀盘盘体载荷的分布特性,提出基于刀盘受载均匀的多螺旋线旋转分区域极角设计方法.分析随机型刀盘、等速螺旋线型刀盘、多螺旋线型刀盘在复合地质条件下刀盘滚刀的磨损速率方差、倾覆力矩、径向不平衡力和质心偏斜量.结果表明,8条螺旋线型刀盘滚刀的布置性能综合最优.     

再制造全断面隧道掘进机刀盘多元损伤探究

为解决国内大量全断面隧道掘进机(TBM)未能全寿命使用,以及损伤修复相关问题。通过查阅国内外文献资料,分析TBM刀盘疲劳、磨损、蠕变、断裂等因素的影响程度,研究刀盘微观裂纹扩展机理,结合TBM刀盘特定服役环境(地质参数、结构参数、操作参数等)构建多元损伤模型,从再制造刀盘方面提出了多元损伤耦合框架。     

NSVR硬岩隧道掘进机刀盘扭矩预测分析

为了避免硬岩隧道掘进机（TBM）刀盘受困,提出TBM刀盘扭矩的非线性支持向量回归（NSVR）预测模型来指导TBM掘进施工.结合吉林引松供水工程现场掘进大量数据,研究TBM刀盘扭矩与掘进参数间的相关关系,得到刀盘扭矩与围岩类别、刀盘转速和推进速度具有明显相关关系：随着围岩强度由强到弱,推进速度对刀盘扭矩的影响逐渐变弱,刀盘转速对刀盘扭矩的影响逐渐变强.基于这种相关关系,建立刀盘扭矩NSVR预测模型,并将该模型应用于吉林引松隧道工程,对按1：1划分的19 854个训练样本和19 854个测试样本的刀盘扭矩进行预测.预测结果表明：训练样本集和测试样本集的平均相对预测误差分别为11.3%和12.9%,测试样本集中相对预测误差高于60%的有516个测试样本,占测试样本集总数的2.6%.各项数据表明,在给定刀盘转速、推进速度和围岩类别条件下,建立的刀盘扭矩NSVR预测模型具有较高的预测精度.     

不同岩石特性下TBM滚刀刀圈磨损性能

为了研究岩石特性对TBM滚刀刀圈磨损的影响,本文基于TBM滚刀性能测试试验台,利用与实际TBM滚刀刀圈性能相同的滚刀刀圈试样,开展了滚刀刀圈试样与5种TBM工程典型岩石的对摩实验。结果表明:随着对摩岩石抗压强度的升高,刀圈试样的磨损量呈递增趋势,与红砂岩对摩时刀圈试样的磨损量最小,为0.2 g;与片麻岩对摩时刀圈试样的磨损量最大,为35.18 g;与红砂岩、锈石、花岗岩、汨罗麻岩四种岩石对摩时,刀圈试样的磨损去除机制均以微观切削去除为主,只是微观切削去除的程度不同;与片麻岩对摩时,刀圈试样所受载荷和振动较大,刀磨损机制转变为以微观切削和脆性断裂去除机制为主,导致刀圈试样磨损量剧增。本研究成果可为不同岩石特性下TBM滚刀刀圈性能选型提供借鉴和参考。     

岩石特性对掘进机破岩的影响

目的研究岩石特性对掘进机破岩的影响,提高掘进机施工效率,延长滚刀使用寿命．方法将滚刀及其掘进的岩石作为一个整体,模拟破岩过程中滚刀和岩石的应力分布,并通过实验测量了滚刀破岩时滚刀受力和切深等参数,分析了不同硬度的岩石、切深和滚刀施加力对滚刀及岩石受力的影响．结果岩石反作用于滚刀的力和岩石的切深沿切割方向呈波浪型水平线;岩石抗压强度增大,岩石的切深和破碎区体积降低．结论同种岩石破碎程度与滚刀切割力大小成正比;切割力相同时,岩石破碎程度与岩石抗压强度成反比;研究结果对提高岩石掘进机的破岩效率,及其对地质的适应性具有重要作用．     

基于外部流场作用下叶片翼珊的复合载荷特性研究

风力机叶片翼珊在任何情况下所承受到的载荷大小、种类均有所不同,即便是充分考虑到空气动力载荷,也会由于实际运行环境的影响,而使实际承受载荷的大小与理论计算值有所偏差。因此,从空气动力载荷、时变气动载荷、湍流载荷、尾流互扰载荷、空气密度变化引起的载荷等5方面较系统地研究了载荷分布及变化特点,进而说明了风力机叶片在运行过程中,其动载荷的不稳定性及计算方法,为风力机的可靠性设计及优化设计提供了理论求解方法。     

TBM刀盘系统动态特性及参数影响

隧道掘进机刀盘在掘进过程中承受高强度冲击载荷,振动十分剧烈,导致关键构件过早损伤失效,有必要在设计阶段研究刀盘系统的振动特性及其参数影响。为此,在已有TBM刀盘系统多自由度耦合动力学模型的基础上,通过求解各阶固有频率和振型,得到各构件的模态能量分布,进一步区分各阶模态振型,识别模态敏感参数,并分析了敏感参数对前10阶频率的影响。研究结果表明,刀盘系统模态振动主要集中在中间阶,且纯扭转振型对应的固有频率为57 Hz;模态能量能够区分各阶振型,且和常规的振型分析结论一致;第2~10阶固有频率主要受小齿轮转动惯量和输入端扭转刚度的影响,且这两个值分别取原始方案的1.1倍和1.3倍时,系统振动特性较稳定。     

重载冲击激励下TBM刀盘振动特性的影响因素分析

刀盘是TBM的关键部件,刀盘的性能对TBM掘进性能影响很大。刀盘在掘进时承受的重载冲击扭矩和推力将导致剧烈振动,引起刀盘寿命下降甚至破坏以致影响掘进效率。基于ADAMS多体系统动力学仿真平台,建立了复杂因素影响下"辽西北"引水工程TBM主机系统的动力学模型,探讨了刀盘转速、刀盘拓扑形式和小齿轮速度波动与不同步等因素对刀盘振动性能的影响规律。仿真结果表明:为了减小刀盘振动,在设计TBM主机时应采取"铜钱"型拓扑形式,在控制TBM时应尽量避免驱动齿轮转速波动和不同步,在较低的刀盘转速下进行掘进。     

复合岩层变形及强度特性卸围压试验研究

探索了复合岩层类岩石试样的制作方法,对不同倾角复合岩层试样进行了常规三轴加载和卸围压试验.基于卸围压试验结果,研究了卸载速率对复合岩层试样的极限承载强度和实时围压的影响规律,分析了层理面倾角与复合岩层试样强度变形参数之间的关系,揭示了复合岩层试样在加轴压卸围压过程中的变形破坏机理,讨论了不同卸载速率下复合岩层试样的破坏模式.得出初始围压为15MPa且在同一卸载速率下,θ=0°～90°试样的极限承载强度随层理面倾角的增加出现先降低后升高,最小值均发生在θ=60°试样.θ=0°试样在卸载速率逐渐增加时,破坏模式从与弱面交叉的剪切破坏逐渐转变成与弱面交叉的拉伸破坏;θ=15°～30°试样均为与弱面交叉的拉伸破坏;θ=45°～75°试样均为沿节理面滑移破坏;θ=90°试样均为与弱面交叉的剪切破坏.     

盾构机刀盘变频驱动控制研究

刀盘驱动系统是盾构机重要系统之一,承担着驱动刀盘旋转、切削开挖面和密封舱内土体搅拌的任务.通过对刀盘变频驱动的控制结构、控制方式以及控制过程和相关的控制连锁的介绍,为盾构机刀盘变频驱动控制选择提供参考.     

基于黏性耦合机理的TBM刀盘脱困特性

针对全断面硬岩掘进机(TBM)在实际工程应用中的卡机问题,对比分析现有TBM刀盘驱动系统的优缺点,设计基于液体黏性离合器(HVC)的新型TBM刀盘驱动方案,可实现在不增加系统装机功率的前提下提升TBM脱困扭矩.针对TBM脱困过程的发热问题,设计液体黏性离合器的油温冷却系统.根据油膜承载力及湿式离合器模型,构建液体黏性离合器的AMESim模型.基于新型TBM刀盘驱动系统仿真模型,研究黏性耦合作用下的TBM刀盘脱困机理,得到温升、离合器油膜厚度控制因素对TBM脱困性能的影响规律,提出电液比例溢流阀的控制策略.结果表明:通过优化设计油膜厚度控制曲线,可以实现脱困扭矩为2倍额定扭矩,持续时间长达79s的扭矩曲线,较好地满足TBM脱困对于脱困扭矩大、持续时间长的工程需求.     

复合岩石在三向受压状态下的应力—应变特性研究

本文采用一套刚性组件,在200t普通压力机上对复合岩石进行了三向受压的应力一应变全过程试验,为了比较,对复合岩石的各组成岩石也进行了三向受压的应力一应变全过程试验。通过试验研究发现,侧压效应对复合岩石的力学性态有很大的影响,复合岩石在峰值强度后,仍然具有承载能力。本文以试验数据为基础,对复合岩石在三向受压下的应力一应变全过程作了详细的讨论。     

冲击载荷下岩石试件破碎耗能的尺寸效应研究

能量转化在岩石变形破坏过程中发挥根本性的作用,研究并建立岩石破坏过程中能量消耗的变化规律,将有助于理解动载作用下岩石强度变化和变形破坏的本质特征.采用SHPB装置对不同直径的半巴西圆盘试样进行动态加载实验,从冲击因子的角度对岩石动态破坏的能量消耗、强度特征以及动态尺寸效应进行分析.实验结果表明:当试件尺寸一定时,岩石破碎时吸收能、起裂韧度和断裂能密度均随冲击因子的增加而线性增加;当冲击因子一定时,随试件尺寸的增大,吸收能、起裂韧度和断裂能密度均增大,具有明显的尺寸效应.采用冲击因子表示岩石的变形破坏具有更好的工程适用性.     

复合载荷下T型管节点应力集中系数研究

提出一种复合载荷下T型管节点应力集中系数(SCF)数值计算方法,并就SCF海冰参数影响进行研究.鉴于采用位移边界条件对管节点应力分析不能充分体现管节点交界处应力集中情况,选用载荷边界条件法计算管节点SCF;借助于ANSYS软件子模型技术,实现在模型中同时施加轴力、面内弯矩和面外弯矩三种基本载荷,采用外推插值法分析复合载荷下管节点交界处应力分布,直接计算出SCF.最后利用该方法研究三个海冰参数:冰厚、来冰方向和冰速对SCF的影响规律,为不同工况下平台冰激疲劳评估选择合适的SCF提供理论依据,具有十分重要的工程应用价值.     

高低周复合载荷下的P-S-N曲线研究

在高低周复合载荷作用下,对45钢进行了5级应力水平下的疲劳寿命试验,并对试验结果进行了统计分析,得出了P-N图和P-S-N曲线.结果表明:高低周复合疲劳寿命满足对数正态分布,每级应力水平下疲劳寿命的分散程度相同.