【摘要】：作為隧道開挖的專用機械,TBM在隧道工程中被廣泛應用。國內外學者對TBM的力學性能和結構設計都進行了大量研究,而有限元分析在這些研究中常作為重要的輔助手段。對于像TBM刀盤這類極為復雜的結構,有限元模型的構建往往要花費大量時間和精力。為此,本文采用ANSYS提供的APDL與VC++可視化編程技術相結合,開發(fā)了一套TBM刀盤有限元參數化建模與分析系統(tǒng)。首先,在不改變刀盤結構形態(tài)和特征尺寸的前提下,對細小和次要結構進行了合理簡化,設置了能夠反映刀盤系統(tǒng)結構特征和尺寸的61個可變參數。基于APDL開發(fā)了TBM刀盤系統(tǒng)有限元參數化建模程序,并指出了建模過程中應該注意的幾個技術問題。其次,在編制刀盤建模APDL程序的基礎上,開發(fā)了友好的人機交互界面,實現(xiàn)了VC++與ANSYS之間的數據傳遞,解決了輸入幾何參數的合理性甄別問題,建立了一套可視性良好的TBM刀盤有限元參數化建模與分析系統(tǒng)。通過對某型號直徑4米TBM刀盤有限元模型的構建,驗證了該系統(tǒng)良好的實用性、可靠性和便利性。最后,對該系統(tǒng)創(chuàng)建的刀盤模型在正常工作、極限承載及偏載工況下的強度進行了分析,得到了相應工況下刀盤的應力分布及變形情況。對比了所有計算工況下刀盤的傾覆力矩,結果表明,當所有滾刀均承載時,傾覆力矩與滾刀承力大小無直接關聯(lián);偏載越嚴重,刀盤傾覆力矩越大;刀盤下端承受偏載比其他部位承受偏載時更危險。這些信息對于改進刀盤設計具有一定參考價值。本文開發(fā)的TBM刀盤有限元參數化建模與分析系統(tǒng),可在一定程度上解決TBM刀盤有限元模型構建重復、耗時、費力的難題,減輕TBM刀盤系統(tǒng)有限元分析的前期工作量,縮短結構分析和設計周期。
[Abstract]:As a special machine for tunnel excavation, TBM is widely used in tunnel engineering. Scholars at home and abroad have done a lot of research on the mechanical properties and structural design of TBM, and finite element analysis is often used as an important auxiliary means in these studies. For extremely complex structures such as TBM cutters, the construction of finite element models often takes a lot of time and effort. In this paper, a finite element parameterized modeling and analysis system for TBM cutters is developed by using the APDL and VC visual programming technology provided by ANSYS. Firstly, on the premise of not changing the shape and size of the cutter head structure, the small and secondary structures are reasonably simplified, and 61 variable parameters are set up which can reflect the structural characteristics and size of the cutter head system. The finite element parameterized modeling program for TBM cutter head system is developed based on APDL, and several technical problems that should be paid attention to in the process of modeling are pointed out. Secondly, based on the APDL program, a friendly man-machine interface is developed, which realizes the data transfer between VC and ANSYS, and solves the problem of reasonable identification of input geometric parameters. A finite element parameterized modeling and analysis system for TBM cutters with good visibility is established. By constructing a finite element model of a 4-meter diameter TBM cutter head, the good practicability, reliability and convenience of the system are verified. Finally, the strength of the cutter head model established by the system under normal operation, ultimate load loading and eccentric load is analyzed, and the stress distribution and deformation of the cutter head under the corresponding working conditions are obtained. The results show that when all hobs are loaded, the overturning torque is not directly related to the hob bearing force, and the more serious the eccentric load is, the greater the overturning moment of the cutter head is. The lower end of the cutter is more dangerous to bear bias than other parts. This information has certain reference value for improving the design of cutter head. The finite element parameterized modeling and analysis system of TBM cutter head developed in this paper can solve the problem of repeated, time-consuming and laborious finite element model construction of TBM cutter head to some extent, and reduce the workload of TBM cutter head system finite element analysis. Shorten the period of structural analysis and design.
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U455.3

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本文編號：2252663