【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,中國(guó)城市人口正在不斷增加,地下交通運(yùn)載工具成為緩解城市交通擁擠的重要手段。中國(guó)將大量建設(shè)地下工程以緩解各大城市交通擁擠問(wèn)題。由于地下工程地質(zhì)條件復(fù)雜,傳統(tǒng)鉆爆法施工已經(jīng)無(wú)法快速有效的完成挖掘任務(wù)。因此,掘進(jìn)裝備的開(kāi)發(fā)制造迫在眉睫。研究和生產(chǎn)全斷面硬巖掘進(jìn)機(jī)是中國(guó)地下工程施工領(lǐng)域的重要任務(wù)。而撐靴作為T(mén)BM支撐推進(jìn)機(jī)構(gòu)重要的組件,其安全可靠性直接影響著TBM在工作中的可靠性及施工工作人員的人身安全。在TBM掘進(jìn)過(guò)程中撐靴會(huì)受到多種隨機(jī)載荷的影響,撐靴的材料屬性是存在不確定性的,這些隨機(jī)因素的存在會(huì)不同程度的影響撐靴的可靠性。本文通過(guò)考慮撐靴的載荷和材料屬性的隨機(jī)性對(duì)撐靴可靠性的影響,采用蒙特卡羅隨機(jī)有限元方法對(duì)撐靴進(jìn)行可靠性分析及靈敏度分析。通過(guò)靈敏度分析得到各種參數(shù)對(duì)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的不同影響程度。本文應(yīng)用有限元軟件ANSYS APDL構(gòu)建撐靴-圍巖系統(tǒng)摩擦接觸參數(shù)化模型,基于概率有限元的蒙特卡洛法,通過(guò)可靠性分析模塊Probabilistic Design System(PDS)對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析。分析了完全接觸和不完全接觸情況下的多種工況下的材料參數(shù)和載荷的等輸入變量對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)可靠性的影響,并進(jìn)行了靈敏度分析。同時(shí)得出了撐靴-圍巖系統(tǒng)輸出變量的樣本歷史曲線(xiàn)、柱狀圖和散點(diǎn)圖,并把不同工況分析結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明:(1)通過(guò)對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)的可靠性分析可得出,在撐靴與圍巖完全接觸的工況下?lián)窝グl(fā)生了塑性變形,但撐靴-圍巖系統(tǒng)仍然處于安全狀態(tài),滿(mǎn)足工作的安全要求,即在完全接觸各工況下?lián)窝?圍巖系統(tǒng)是安全可靠的。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性分析時(shí)發(fā)現(xiàn):在置信水平為0.95條件下,三種不同工況撐靴-圍巖系統(tǒng)的失效概率都趨近于零。在考慮撐靴的材料、荷載參數(shù)隨機(jī)變化的情況下,其強(qiáng)度需求也是符合的,撐靴-圍巖系統(tǒng)在完全接觸的三種不同工況是安全可靠的。(2)對(duì)相對(duì)危險(xiǎn)的組合工況進(jìn)行靈敏度分析發(fā)現(xiàn),推進(jìn)角度是影響撐靴應(yīng)力極限狀態(tài)方程最主要的因素,其次是屈服極限、圍巖彈性模量、圍巖泊松比。其他參數(shù)可認(rèn)為是對(duì)撐靴等效應(yīng)力影響不大的次要影響因素。相關(guān)系數(shù)依次為-0.218、0.170、0.074、0.108。推進(jìn)角度對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)的靈敏度為負(fù),這意味著推進(jìn)角度的增加將使得撐靴-圍巖系統(tǒng)的可靠度降低;反之推進(jìn)角度的減小則可以使得撐靴-圍巖系統(tǒng)的可靠度提升。而屈服極限對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)的靈敏度為正,意味著屈服極限的增加將使得撐靴-圍巖系統(tǒng)的可靠度提升;反之屈服極限減小則可以使得撐靴-圍巖系統(tǒng)的可靠度降低。在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可在保證撐靴工作能力和經(jīng)濟(jì)環(huán)保的條件下將推進(jìn)角度適當(dāng)縮小,并保證制作撐靴的鋼材嚴(yán)格達(dá)到國(guó)家規(guī)范的要求。(3)通過(guò)對(duì)不完全接觸各不同面積不同形式工況分析,可得出不完全接觸對(duì)撐靴的等效應(yīng)力影響不大。但對(duì)比各個(gè)工況,得出不論不完全接觸的面積大小,1、2、7、8號(hào)位置處的未接觸對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)的可靠性影響小。其余各工況組都有3號(hào)未接觸面,對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)未接觸發(fā)生在撐靴中部Z軸方向時(shí)對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)的可靠性影響相對(duì)較小,而未接觸發(fā)生在撐靴外部Y軸方向時(shí)對(duì)撐靴-圍巖系統(tǒng)的相對(duì)可靠性影響相對(duì)較大。這說(shuō)明撐靴的不完全接觸不僅僅與不完全接觸的面積有關(guān)也與其不完全接觸方式有很大關(guān)系。在工程實(shí)際中應(yīng)該盡量避免撐靴出現(xiàn)這種對(duì)可靠性影響較大的形式。
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U455.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李威;朱雨震;郭巍鵬;;TBM撐靴兩端先接觸圍巖仿真分析[J];機(jī)械工程與自動(dòng)化;2017年01期

2 謝啟江;余海東;;硬巖掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)載荷與撐靴接觸界面剛度的耦合關(guān)系[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2015年09期

3 張銀霞;江志強(qiáng);王棟;覃壽同;;TBM撐靴的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及優(yōu)化[J];煤礦機(jī)械;2015年04期

4 饒?jiān)埔?龔國(guó)芳;張振;劉統(tǒng);吳偉強(qiáng);;不同掘進(jìn)工況水平支撐TBM的撐靴圍巖受力研究[J];工程機(jī)械;2015年02期

5 霍軍周;楊靜;孫偉;凌靜秀;;不同TBM支撐結(jié)構(gòu)形式下的圍巖穩(wěn)定性分析[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年11期

6 王棟;宋志東;肖波;;TBM撐靴系統(tǒng)雙球面零件的靜力學(xué)分析[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2014年18期

7 夏毅敏;吳元;郭金成;田彥朝;林賚貺;卞章括;;TBM邊緣滾刀破巖機(jī)理的數(shù)值研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年01期

8 徐尤南;黃瑋;陳淑平;黃林昕;許心亮;鄧文強(qiáng);;TBM推進(jìn)機(jī)構(gòu)位姿誤差分析[J];機(jī)床與液壓;2013年21期

9 劉泉聲;時(shí)凱;朱元廣;黃興;;TBM盤(pán)形滾刀破巖力計(jì)算模型研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2013年07期

10 彭琦;;隧道掘進(jìn)機(jī)技術(shù)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀[J];隧道建設(shè);2013年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 魏鵬飛;結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性及靈敏度分析研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

2 趙勇;基于動(dòng)力學(xué)的盾構(gòu)機(jī)行星傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性研究[D];重慶大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李威;TBM撐靴與圍巖接觸表面應(yīng)力分布均勻性研究[D];華東交通大學(xué);2016年

2 鄭婕;TBM 掘進(jìn)撐靴洞壁巖體破壞模式的數(shù)值模擬與分析[D];北京交通大學(xué);2016年

3 余偉;主梁式TBM撐靴與圍巖接觸分析[D];華東交通大學(xué);2015年

4 宋志東;TBM撐靴系統(tǒng)關(guān)鍵件的有限元分析與機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)[D];鄭州大學(xué);2015年

5 李獻(xiàn);硬巖掘進(jìn)機(jī)（TBM）的動(dòng)力學(xué)分析與振動(dòng)控制[D];上海交通大學(xué);2015年

6 鄧文強(qiáng);TBM推進(jìn)液壓系統(tǒng)的順應(yīng)性研究[D];華東交通大學(xué);2014年

7 王娟;基于概率有限元的鋼軌接觸表面可靠性分析[D];西南交通大學(xué);2014年

8 許志;汽車(chē)轉(zhuǎn)向節(jié)可靠性及靈敏度分析[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

9 張梅方;組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的可靠性分析[D];山東建筑大學(xué);2011年

10 周紀(jì)磊;全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)刀盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析研究[D];華北電力大學(xué)（北京）;2011年

本文編號(hào)：2751643