盾构机刀盘的疲劳分析及可靠性分析

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1、分类号：U455.3+1密级：UDC：531编号：15-080100-05M河北工业大学硕士学位论文盾构机刀盘的疲劳分析及可靠性分析论文作者：刘森学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：力学指导教师：焦永树职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicsFATIGUEANDRELIABILITYANALYSISOFTHETBMCUTTERHEADbyLiuSenSupervisor:Prof.JiaoYongshuApril2015原

2、创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将

3、学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：河北工业大学硕士学位论文摘要刀盘是TBM的重要部件之一，其工作性能直接影响到TBM的工作寿命和隧道施工质量。本文视刀盘载荷为随机载荷，基于ANSYS和WORKBENCH对TBM刀盘的可靠性和疲劳特性进行分析，并对其薄弱部位进行尺寸优化。本文的主要工作如下：（1）TBM刀盘三维模型的建立。为提高计算精度，通过对刀盘进行实体切分和肋板对应节点刚连等方式，获得了刀盘的六面

4、体网格模型。在分析刀盘受力特点的基础上，在滚刀刀孔处建立关键点，实现了分组对刀盘施加随机载荷。（2）TBM刀盘的可靠性分析。在考虑刀盘载荷随机变化的情况下，基于响应面法，利用ANSYS中的概率分析模块，得到了刀盘结构的失效概率，确定了影响其失效概率主、次要因素，研究了切向力与推进力之比对失效概率的影响，对比分析了灵敏度与切/推比例系数之变化关系。（3）TBM刀盘的疲劳分析。根据有限元分析结果，基于修正的S-N曲线理论，对刀盘进行了疲劳分析，绘制了刀盘结构的S-N曲线和疲劳—敏感度曲线，分析了影响刀盘疲劳寿命的主要因素，为刀盘结构的优化设计提供了依据。（

5、4）TBM刀盘的结构优化。通过对刀盘结构薄弱部位的关键尺寸进行参数化描述，以最小寿命为目标，对这些尺寸进行了优化。优化后最小寿命增加了230.6%,最大等效应力减小了29.3%。通过对相关尺寸的灵敏度分析，确定了影响最小寿命的关键因素，为改进设计提供了参考。关键字：TBM刀盘滚刀参数化可靠性疲劳寿命I河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTCutterheadisoneoftheimportantpartsofatunnelboringmachine(TBM).ItsperformancedirectlyaffectstheTBM’slifetimea

6、ndthequalityoftunnelconstruction.Inthispaper,takingtheloadofcutterheadasrandomized,theauthoranalyzedthereliabilityandfatiguecharacteristicsofTBMcutterheadandperformedsize-optimizationonitsweakpartusingANSYSandWORKBENCH.Themainworkofthispaperincludes:（1）Establishmentofthe3-Dmodel

7、oftheTBMcutterhead.Inordertoimprovethecomputationalaccuracy,weobtainedthecutterhead’shexahedralmeshmodelthroughsolid-cuttingofthecutterheadandrigidconnectionoftherib-correspondingnodes.Onthebaseofanalyzingthecharacteristicsoftheforcedcutterheadtheapplicationofrandomizedloadonthe

8、cutterheadisachievedbyestablishingkeypointsatth