【摘要】：硬巖掘進(jìn)裝備（Tunnel Boring Machine簡(jiǎn)稱(chēng)TBM）是國(guó)家重大裝備制造創(chuàng)新體系的重要組成部分，反映了一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力和科技發(fā)展水平在掘進(jìn)工作過(guò)程中冗余驅(qū)動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)的末端撐靴直接支撐在已經(jīng)開(kāi)挖的隧道表面上，由于巖石的脆性特性和刀盤(pán)的破巖機(jī)理，在掘進(jìn)過(guò)程中推進(jìn)系統(tǒng)受到很大的沖擊和振動(dòng)載荷作用，加之開(kāi)挖后的隧道表面凹凸不平，與撐靴接觸的巖石表面的變形、損傷以及突變載荷下部分巖石的失效，會(huì)造成撐靴與巖石的接觸界面特性發(fā)生突變，引起推進(jìn)系統(tǒng)載荷和動(dòng)力學(xué)特性的不可預(yù)測(cè)性，由此帶來(lái)位姿變化嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成掘進(jìn)機(jī)在隧道中出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)、偏航等事故，帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 本文針對(duì)TBM支撐系統(tǒng)的末端撐靴與隧道粗糙巖石表面的界面之間的接觸剛度進(jìn)行了研究。針對(duì)變化的表面粗糙度、巖石的脆性失效特性以及變化的外部載荷與接觸剛度之間的關(guān)系進(jìn)行了理論分析，并用數(shù)值的方法驗(yàn)證了理論模型的正確性，分析了復(fù)合巖石結(jié)構(gòu)、雙撐靴結(jié)構(gòu)等與接觸剛度之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上采用模糊算法對(duì)多個(gè)參數(shù)的撐靴與巖石表面的接觸剛度不確定特性進(jìn)行了初步的研究。研究結(jié)果對(duì)TBM動(dòng)力學(xué)特性分析具有重要的意義。論文的研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)部分： （1）不同巖石粗糙表面的界面接觸剛度數(shù)學(xué)模型及特性分析 考慮TBM撐靴系統(tǒng)和隧道巖石粗糙表面的接觸特點(diǎn)，基于分形理論方法推導(dǎo)了適合于三維接觸表面的法向和切向界面接觸剛度公式。并在該數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上分析了分形維數(shù)、特征尺度系數(shù)、巖石的硬度和彈性模量、巖石表面粗糙度、巖石破壞失效以及外部載荷變化過(guò)程對(duì)法向和切向界面接觸剛度的影響及變化規(guī)律。研究結(jié)果表明法向接觸剛度隨著法向載荷的增加而增大，切向接觸剛度的變化規(guī)律與切向載荷的加載路徑有關(guān)，對(duì)于法向力不變，，切向力增大情形，切向接觸剛度隨著切向載荷的增大而減小。而法向載荷和切向載荷均增大時(shí)，切向剛度隨著切向載荷的增加而增加。對(duì)于確定的法向載荷，而切向載荷大小不變，方向改變時(shí)，接觸剛度與法向力和切向力之間的關(guān)系相關(guān)，如果切向力小于臨界載荷值，則切向接觸剛度隨著切向載荷的增加而增加，當(dāng)切向力大于臨界值時(shí)，切向剛度隨著切向載荷的增加而減小。 （2）不同參數(shù)下粗糙表面界面接觸剛度特性的數(shù)值研究 根據(jù)分形理論公式，得到描述巖石粗糙表面的特征點(diǎn)，基于這些點(diǎn)擬合得到空間隧道巖石粗糙表面，建立粗糙表面與撐靴接觸數(shù)值仿真模型，得到撐靴與巖石粗糙表面接觸過(guò)程中法向與切向接觸剛度的變化規(guī)律和理論模型基本保持一致。進(jìn)而分析了復(fù)合巖石、雙撐靴結(jié)構(gòu)對(duì)接觸剛度的影響。研究發(fā)現(xiàn)不同巖石在變化過(guò)程中會(huì)相互影響，從而影響法向和切向接觸剛度的變化。雙撐靴接觸區(qū)域由于巖石的相互之間的作用，最大接觸剛度遠(yuǎn)大于單個(gè)撐靴時(shí)接觸剛度。 （3）變工況TBM撐靴系統(tǒng)與隧道表面界面接觸剛度特性 針對(duì)在施工過(guò)程中出現(xiàn)的接觸區(qū)域巖石成分的多樣化的特點(diǎn)，運(yùn)用模糊理論研究了接觸區(qū)域內(nèi)巖石的彈性模量、特征尺度系數(shù)以及兩者均不確定時(shí)對(duì)接觸過(guò)程中法向接觸剛度和切向接觸剛度的影響。研究發(fā)現(xiàn)建立不確定參數(shù)的模糊數(shù)學(xué)模型，能夠預(yù)測(cè)接觸剛度的變化范圍以及其概率的大小。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：U455.31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2275949