不確定條件下關(guān)節(jié)界面接觸特性及TBM動態(tài)特性研究.pdf

1、硬巖掘進(jìn)裝備（Tunnel Boring Machine，簡稱TBM）是集機(jī)械、電氣和液壓等技術(shù)與一體的國家重大制造裝備，隨著我國地鐵與高鐵的快速發(fā)展，TBM已成為隧道挖掘建設(shè)的主要手段。TBM推進(jìn)過程中巨大的推進(jìn)載荷會導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵連接關(guān)節(jié)產(chǎn)生變形，而關(guān)節(jié)的剛度受間隙與載荷等因素的影響，由于制造誤差、不規(guī)則磨損及復(fù)雜的地層特性導(dǎo)致關(guān)節(jié)的間隙和載荷不斷變化，從而使TBM的力傳遞特性發(fā)生畸變導(dǎo)致TBM系統(tǒng)動力學(xué)性能發(fā)生改變，引起偏航甚至堵轉(zhuǎn)

2、等嚴(yán)重事故，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此研究TBM中關(guān)鍵連接關(guān)節(jié)在不確定參數(shù)下的剛度特性與整機(jī)動力學(xué)響應(yīng)之間的關(guān)系十分重要。
　　本文基于接觸經(jīng)典理論針對TBM液壓推進(jìn)機(jī)構(gòu)中關(guān)節(jié)鉸鏈的接觸剛度進(jìn)行了解析建模；對關(guān)節(jié)鉸鏈的間隙及載荷不確定特性進(jìn)行研究，并考慮關(guān)節(jié)不確定參數(shù)對關(guān)節(jié)接觸剛度的變化特性進(jìn)行了分析；在此基礎(chǔ)上建立TBM整機(jī)動力學(xué)模型，探討了關(guān)節(jié)的變形及剛度特性對TBM刀盤末端位姿的影響。研究結(jié)果對TBM動力學(xué)特性的分析與預(yù)測具有

3、重要意義。主要包括以下幾個部分：
　?。?）關(guān)節(jié)鉸鏈接觸剛度解析模型的建立
　　針對TBM推進(jìn)系統(tǒng)中存在的球鉸和圓柱鉸，考慮不同間隙及載荷下鉸鏈的接觸特點，基于Hertz接觸理論和Winkler彈性基礎(chǔ)模型建立了相應(yīng)的鉸鏈徑向接觸剛度模型，并結(jié)合ABAQUS有限元軟件對鉸鏈在不同工況下的變形情況進(jìn)行了仿真對比分析。結(jié)果表明隨著鉸鏈間隙的增大，Hertz理論模型的結(jié)果更符合鉸鏈真實接觸情況，這也驗證了Hertz理論在非協(xié)調(diào)接觸

4、條件下的準(zhǔn)確性與合理性。
　　（2）不確定參數(shù)下關(guān)節(jié)剛度變化情況研究
　　考慮鉸鏈間隙及所受載荷的不確定性，引入模糊數(shù)學(xué)理論建立不確定參數(shù)的模糊分布模型，研究了當(dāng)鉸鏈間隙以及鉸鏈所受載荷不確定時鉸鏈接觸剛度的變化規(guī)律。結(jié)果表明對于間隙的不確定對鉸鏈接觸剛度的影響與載荷的不確定對接觸剛度的影響相當(dāng)，而雙參數(shù)不確定時剛度的變化值基本等于單參數(shù)不確定時的變化值之和。
　?。?）關(guān)節(jié)變形對TBM末端位姿的影響分析
　　針