TBM刀盤三維裂紋擴展規(guī)律及其抗損傷設計
發(fā)布時間：2020-12-02 17:18
全斷面巖石掘進機（TBM）是隧道挖掘領域中具有代表性的大型機械設備。刀盤是TBM的核心部件,其使用壽命直接決定了 TBM刀盤的服役時間,掘進過程中由于掘進環(huán)境的惡劣導致刀盤盤體、刀座、滾刀等部件在未達到預定壽命前出現(xiàn)不同程度的損傷,導致了巨大的經(jīng)濟損失。經(jīng)過統(tǒng)計分析裂紋是導致TBM刀盤損傷的主要原因,造成刀盤疲勞失效的根本原因是缺乏對TBM刀盤疲勞性能的研究,沒有針對疲勞性能提出具體的設計方案及評價方法。因此,研究TBM刀盤的疲勞失效機理、空間多點載荷下TBM刀盤抗損傷設計方案及相應的評價標準,對延長TBM刀盤使用壽命,減少經(jīng)濟損失有著較大的理論價值及工程意義。為了有效解決以上問題,本文對刀盤的疲勞失效機理、抗疲勞損設計方案及疲勞性能評價展開深入研究和探討,主要研究內容如下:（1）TBM刀盤全周期裂紋擴展速率模型:針對TBM刀盤服役過程中盤體開裂嚴重的問題,本文根據(jù)刀盤失效樣件研究TBM刀盤主要失效形式,結合影響裂紋擴展的主要因素及刀盤結構的特點,建立適合于TBM刀盤全周期裂紋擴展速率模型,并開展疲勞拉伸實驗確定模型中相關參數(shù),對比實驗結果驗證本文提出裂紋擴展速率模型正確性,為TBM刀...
【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：150 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２中天山隧道ＴＢＭ刀盤裂紋統(tǒng)計??Ｆｉｇ?１．２?Ｃｒａｃｋ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ＴＢＭ?ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ?ｉｎ?ＺｈｏｎｇＴｉａｎｓｈａｎ?ｔｕｎｎｅｌ??
圖１．３裂紋尖端的幾何形狀??Ｆｉｇ?１．３?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?ｃｒａｃｋ?ｔｉｐ??Ｎｅｗｍａｎ和Ｒａｊｕｉ正明，在０＜ａ／ｃ＜０＿ｌ，且ａ＂幺０‘８的范圍內，其公式誤差小于??±５％。近年來，Ｎｅｗａｎ和Ｒａ扣提出的應力強度因子計算公式得到了廣泛的應用，同時??也被當做對比的對象。??上述研究學者主要通過解析法求解裂紋尖端的應力強度因子，此辦法仍有一定的局??限性，滯留在理想模型和簡單的邊界條件上，對于實際情況復雜載荷作用下的裂紋理論模??型則難以適用。例如ＴＢＭ刀盤在施工過程中工況隨機性大，造成邊界條件和結構形式??較為復雜，此時解析法無法準確的計算裂紋的擴展情況，需要借助數(shù)值方法求解裂紋尖??端參數(shù)，來計算裂紋在復雜結構中及隨機性大的外部加載條件下裂紋尖端應力強度因子??變化情況，由子其實用性強，數(shù)值模擬計算裂紋尖端有限７Ｃ的方法現(xiàn)如今被廣泛的研究??應用，現(xiàn)如今有限元法被認為是求解實際工程下裂紋尖端應力強度因子最有效的辦法，??但是該方法存在著一定的缺點例如計算工作量大，尤其是對結構復雜載荷邊界隨機性大??情況。如果模型改變或裂紋Ｋ寸發(fā)卞變化．則需要對網(wǎng)格進行重新劃分以滿足對計算的??需求。針對這個問題廣大學者進行了深入的研究，其中Ｌｉｎ和Ｓｍｉｔｈｌ４４＃沒有用原有??
抗損傷設計，檢驗上述提出方法的正確性與否。??最后一章對本文研究工作進行了總結和展望，并提煉出全文的創(chuàng)新點。為說明全文??各章節(jié)的邏輯關系，全文的總體組織邏輯框架如圖１．５所示。??（第＿草）?????；盤疲勞裂紋擴展｜?｜?：維裂紋擴Ｍ投擬及裂｜?！??；速率計算模型（第二章）?紋失效規(guī)律（第三章），????；?１謂祕?；?＂??ＴＢＭ?盤抗損傷結構設計（第四窣＞??ＴＢＭ刀盤疲勞性能評價（第五章）??Ｉ：程應Ｈｊ（第八Ａ??ｄ??圖１．５論文總體框架??Ｆｉｇ?１．５?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ??１．４?本章小結??本章首先介紹了論文的研究背景及其工程意義，指出ＴＢＭ刀盤疲勞損傷機理及抗??損設計研究的必要性，其次闡述了國內外相關研究工作的進展，總結相關研究成果及未??涉及的關鍵問題，最后明確全文主要研宄內容，并給出全文的總體技術路線及組織框架。??１３??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于1-9標度法的交互性資產(chǎn)績效管理評價體系[J]. 任云良. 實驗技術與管理. 2017(11)
[2]焊縫金屬解理斷裂微觀機理[J]. 陳劍虹,曹睿. 金屬學報. 2017(11)
[3]復合巖層中TBM滾刀與圍巖相互作用機理的數(shù)值模擬研究[J]. 劉予會,溫森,盛桂琳. 中國科技論文. 2017(13)
[4]復雜應力狀態(tài)下TBM刀盤裂紋應力強度因子分析[J]. 凌靜秀,孫偉,楊曉靜,練國富,江吉彬. 哈爾濱工程大學學報. 2017(04)
[5]TBM刀盤縮尺試驗臺設計及其靜動態(tài)特性分析[J]. 霍軍周,李廣慶,吳瀚洋,孫偉,孫曉龍. 哈爾濱工程大學學報. 2016(05)
[6]基于TBM刀盤剖面輪廓的滾刀極徑優(yōu)化布置設計[J]. 郭偉,孫紅艷,劉建琴,宋立瑋,孫斌. 天津大學學報(自然科學與工程技術版). 2016(12)
[7]軋輥材料疲勞裂紋擴展理論計算與分析[J]. 溫宏權,李彥龍,瞿海霞,吳瓊,孫大樂. 寶鋼技術. 2015(04)
[8]基于密實核理論的單滾刀多階段受力預測模型[J]. 孫偉,張旭,趙奎山. 機械設計與制造. 2015(06)
[9]TBM滾刀動、靜載荷組合破巖數(shù)值模擬[J]. 劉杰,曹平,蔣喆,劉京鑠,譚希文. 中南大學學報(自然科學版). 2015(04)
[10]廣布疲勞損傷裂紋萌生問題研究[J]. 毛可毅,于朋濤,牟浩蕾,馮振宇. 機械科學與技術. 2015(04)
博士論文
[1]空間分布載荷下TBM刀盤振動分析及壽命預測[D]. 凌靜秀.大連理工大學 2015
[2]熱環(huán)境下不確定性熱-結構分析及可靠性研究[D]. 云永琥.西安電子科技大學 2015
[3]船體結構疲勞裂紋擴展及其可靠性分析直接計算法研究[D]. 何文濤.華中科技大學 2015
[4]沖擊載荷作用下壓力容器用金屬材料動態(tài)斷裂行為的研究[D]. 潘建華.中國科學技術大學 2013
[5]以可靠性為中心的高速列車設備維修決策支持系統(tǒng)研究[D]. 王靈芝.北京交通大學 2011
[6]疲勞裂紋擴展研究及在裝載機橫梁壽命估算中的應用[D]. 衣振華.山東大學 2011
[7]港口起重機金屬結構安全性評價方法研究[D]. 黃海.武漢理工大學 2008
[8]具有裂紋損傷的船舶結構剩余極限強度分析[D]. 王芳.上海交通大學 2007
[9]船舶結構疲勞強度評估方法研究[D]. 馮國慶.哈爾濱工程大學 2006
[10]鋼結構脆性斷裂的力學機理及其工程設計方法研究[D]. 武延民.清華大學 2005
碩士論文
[1]TBM滾刀多階段受力模型及其聯(lián)接結構動態(tài)設計[D]. 張旭.大連理工大學 2015
[2]基于斷裂力學的船舶加筋板結構低周疲勞研究[D]. 董琴.武漢理工大學 2014
[3]飛機結構多部位損傷研究[D]. 王歡歡.南京航空航天大學 2012
[4]F-AHP方法在工業(yè)企業(yè)信用評估中的研究[D]. 李娟.湖南大學 2010
[5]TBM滾刀布置與刀盤結構參數(shù)優(yōu)化設計研究[D]. 張鵬.大連理工大學 2009
[6]我國沖壓機械傷害風險評價分析及對策研究[D]. 王起全.首都經(jīng)濟貿易大學 2004
本文編號：2895550
【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：150 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．２中天山隧道ＴＢＭ刀盤裂紋統(tǒng)計??Ｆｉｇ?１．２?Ｃｒａｃｋ?ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ?ｏｆ?ＴＢＭ?ｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ?ｉｎ?ＺｈｏｎｇＴｉａｎｓｈａｎ?ｔｕｎｎｅｌ??
圖１．３裂紋尖端的幾何形狀??Ｆｉｇ?１．３?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ?ｏｆ?ｃｒａｃｋ?ｔｉｐ??Ｎｅｗｍａｎ和Ｒａｊｕｉ正明，在０＜ａ／ｃ＜０＿ｌ，且ａ＂幺０‘８的范圍內，其公式誤差小于??±５％。近年來，Ｎｅｗａｎ和Ｒａ扣提出的應力強度因子計算公式得到了廣泛的應用，同時??也被當做對比的對象。??上述研究學者主要通過解析法求解裂紋尖端的應力強度因子，此辦法仍有一定的局??限性，滯留在理想模型和簡單的邊界條件上，對于實際情況復雜載荷作用下的裂紋理論模??型則難以適用。例如ＴＢＭ刀盤在施工過程中工況隨機性大，造成邊界條件和結構形式??較為復雜，此時解析法無法準確的計算裂紋的擴展情況，需要借助數(shù)值方法求解裂紋尖??端參數(shù)，來計算裂紋在復雜結構中及隨機性大的外部加載條件下裂紋尖端應力強度因子??變化情況，由子其實用性強，數(shù)值模擬計算裂紋尖端有限７Ｃ的方法現(xiàn)如今被廣泛的研究??應用，現(xiàn)如今有限元法被認為是求解實際工程下裂紋尖端應力強度因子最有效的辦法，??但是該方法存在著一定的缺點例如計算工作量大，尤其是對結構復雜載荷邊界隨機性大??情況。如果模型改變或裂紋Ｋ寸發(fā)卞變化．則需要對網(wǎng)格進行重新劃分以滿足對計算的??需求。針對這個問題廣大學者進行了深入的研究，其中Ｌｉｎ和Ｓｍｉｔｈｌ４４＃沒有用原有??
抗損傷設計，檢驗上述提出方法的正確性與否。??最后一章對本文研究工作進行了總結和展望，并提煉出全文的創(chuàng)新點。為說明全文??各章節(jié)的邏輯關系，全文的總體組織邏輯框架如圖１．５所示。??（第＿草）?????；盤疲勞裂紋擴展｜?｜?：維裂紋擴Ｍ投擬及裂｜?！??；速率計算模型（第二章）?紋失效規(guī)律（第三章），????；?１謂祕?；?＂??ＴＢＭ?盤抗損傷結構設計（第四窣＞??ＴＢＭ刀盤疲勞性能評價（第五章）??Ｉ：程應Ｈｊ（第八Ａ??ｄ??圖１．５論文總體框架??Ｆｉｇ?１．５?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ??１．４?本章小結??本章首先介紹了論文的研究背景及其工程意義，指出ＴＢＭ刀盤疲勞損傷機理及抗??損設計研究的必要性，其次闡述了國內外相關研究工作的進展，總結相關研究成果及未??涉及的關鍵問題，最后明確全文主要研宄內容，并給出全文的總體技術路線及組織框架。??１３??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于1-9標度法的交互性資產(chǎn)績效管理評價體系[J]. 任云良. 實驗技術與管理. 2017(11)
[2]焊縫金屬解理斷裂微觀機理[J]. 陳劍虹,曹睿. 金屬學報. 2017(11)
[3]復合巖層中TBM滾刀與圍巖相互作用機理的數(shù)值模擬研究[J]. 劉予會,溫森,盛桂琳. 中國科技論文. 2017(13)
[4]復雜應力狀態(tài)下TBM刀盤裂紋應力強度因子分析[J]. 凌靜秀,孫偉,楊曉靜,練國富,江吉彬. 哈爾濱工程大學學報. 2017(04)
[5]TBM刀盤縮尺試驗臺設計及其靜動態(tài)特性分析[J]. 霍軍周,李廣慶,吳瀚洋,孫偉,孫曉龍. 哈爾濱工程大學學報. 2016(05)
[6]基于TBM刀盤剖面輪廓的滾刀極徑優(yōu)化布置設計[J]. 郭偉,孫紅艷,劉建琴,宋立瑋,孫斌. 天津大學學報(自然科學與工程技術版). 2016(12)
[7]軋輥材料疲勞裂紋擴展理論計算與分析[J]. 溫宏權,李彥龍,瞿海霞,吳瓊,孫大樂. 寶鋼技術. 2015(04)
[8]基于密實核理論的單滾刀多階段受力預測模型[J]. 孫偉,張旭,趙奎山. 機械設計與制造. 2015(06)
[9]TBM滾刀動、靜載荷組合破巖數(shù)值模擬[J]. 劉杰,曹平,蔣喆,劉京鑠,譚希文. 中南大學學報(自然科學版). 2015(04)
[10]廣布疲勞損傷裂紋萌生問題研究[J]. 毛可毅,于朋濤,牟浩蕾,馮振宇. 機械科學與技術. 2015(04)
博士論文
[1]空間分布載荷下TBM刀盤振動分析及壽命預測[D]. 凌靜秀.大連理工大學 2015
[2]熱環(huán)境下不確定性熱-結構分析及可靠性研究[D]. 云永琥.西安電子科技大學 2015
[3]船體結構疲勞裂紋擴展及其可靠性分析直接計算法研究[D]. 何文濤.華中科技大學 2015
[4]沖擊載荷作用下壓力容器用金屬材料動態(tài)斷裂行為的研究[D]. 潘建華.中國科學技術大學 2013
[5]以可靠性為中心的高速列車設備維修決策支持系統(tǒng)研究[D]. 王靈芝.北京交通大學 2011
[6]疲勞裂紋擴展研究及在裝載機橫梁壽命估算中的應用[D]. 衣振華.山東大學 2011
[7]港口起重機金屬結構安全性評價方法研究[D]. 黃海.武漢理工大學 2008
[8]具有裂紋損傷的船舶結構剩余極限強度分析[D]. 王芳.上海交通大學 2007
[9]船舶結構疲勞強度評估方法研究[D]. 馮國慶.哈爾濱工程大學 2006
[10]鋼結構脆性斷裂的力學機理及其工程設計方法研究[D]. 武延民.清華大學 2005
碩士論文
[1]TBM滾刀多階段受力模型及其聯(lián)接結構動態(tài)設計[D]. 張旭.大連理工大學 2015
[2]基于斷裂力學的船舶加筋板結構低周疲勞研究[D]. 董琴.武漢理工大學 2014
[3]飛機結構多部位損傷研究[D]. 王歡歡.南京航空航天大學 2012
[4]F-AHP方法在工業(yè)企業(yè)信用評估中的研究[D]. 李娟.湖南大學 2010
[5]TBM滾刀布置與刀盤結構參數(shù)優(yōu)化設計研究[D]. 張鵬.大連理工大學 2009
[6]我國沖壓機械傷害風險評價分析及對策研究[D]. 王起全.首都經(jīng)濟貿易大學 2004
本文編號：2895550
本文鏈接：http://www.lk138.cn/kejilunwen/daoluqiaoliang/2895550.html
