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盾构刀具破岩过程及其切削特性

中南大学学报（自然科学版） 2011年第4期42卷 954-959页

作者：夏毅敏薛静周喜温中南大学机电工程学院教育部现代复杂装备设计与极端制造重点实验室湖南长沙410083

采用数值模拟技术并借助于大型有限元软件,选择在Ottosen四参数破坏准则基础上引入损伤因子的非线性弹塑性本构模型作为软岩的材料模型,建立盾构刀具切削软岩的二维简化模型,模拟破岩过程中裂纹的生成和扩展;建立三维有限元模型,分析切... 详细信息

采用数值模拟技术并借助于大型有限元软件,选择在Ottosen四参数破坏准则基础上引入损伤因子的非线性弹塑性本构模型作为软岩的材料模型,建立盾构刀具切削软岩的二维简化模型,模拟破岩过程中裂纹的生成和扩展;建立三维有限元模型,分析切削力在整个切削过程中的变化,并通过试验验证仿真过程的可行性和有效性。研究结果表明:岩石的破碎过程和切屑的形成过程是由拉伸裂纹和剪切裂纹延伸而成;刀具的切削力与切削时间之间遵循波动变化关系,能够较真实地反映盾构刀具破岩过程中岩石的破碎动态响应过程;采用该方法研究刀具几何参数和切削参数对切削力的影响程度和趋势,为盾构刀具的最优化设计提供了参考依据。

关键词：刀具破岩过程切削参数有限元分析

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土压平衡式复合盾构刀盘的刀具优化配置研究

土压平衡式复合盾构刀盘的刀具优化配置研究

作者：周喜温中南大学

学位级别：硕士

随着国家经济的发展,工程建设需求的不断增加,盾构机在隧道、地下轨道交通等工程建设中得到了广泛使用。刀盘刀具是盾构机的关键部件,其主要作用是支护掘进界面,破碎剥离岩土,实现碴土过流。刀盘刀具合理配置是盾构实现高效稳定掘进的... 详细信息

随着国家经济的发展,工程建设需求的不断增加,盾构机在隧道、地下轨道交通等工程建设中得到了广泛使用。刀盘刀具是盾构机的关键部件,其主要作用是支护掘进界面,破碎剥离岩土,实现碴土过流。刀盘刀具合理配置是盾构实现高效稳定掘进的基本保证,也是减小刀盘振动,保证刀盘受力平衡,减小掘进能耗,延长刀盘刀具寿命的重要措施。在查阅了大量文献的基础上,结合工程实践,将盾构刀具的选型、盾构刀具布置的关键因素分析以及盾构刀盘刀具的优化布置作为拟解决的关键问题,进行了以下研究工作： 1、提出了基于模糊理论的刀具选型方法。首先建立了地层抗压强度和岩层完整程度的地质适应性隶属度函数,然后根据建立的模糊规则库进行单因素评判,最后根据模糊综合评价模型对两种因素进行综合评判,选出适应地层的刀具类型。 2、对滚刀布置时涉及的刀间距和相位角两个关键因素进行了分析。首先理论上推导出了岩石破碎体积的计算方法,在此基础上提出了基于比能耗最小的刀间距确定方法;然后进行了滚刀切削实验,对比能耗随刀间距的变化趋势进行了验证;最后对工程实际中的盾构刀盘的刀具布置进行了改进仿真,分析说明了滚刀相位角在平衡刀盘受力中的作用。 3、分析了三种典型刀盘结构形式对地质条件的适应性,得出了不同形式刀盘在受力方面的特点;根据刀盘在力学传递特性以及地质适应性两方面的要求,指出了盾构刀盘设计时应该着重考虑牛腿、辐条和肋板的联接以及刀盘的开口率等关键因素。 4、采用遗传算法对滚刀进行了优化布置。以刀盘的径向不平衡力最小、刀盘的倾覆力矩最小和刀具的破岩量基本相同作为优化目标,建立了带约束的盾构刀盘滚刀布置优化模型,采用实数进行编码,应用线性加权和法、罚函数方法建立该问题的适应度函数。通过matlab编写遗传算法程序进行计算,得到参数的优化值,以满足设计要求。

关键词：盾构机刀具配置刀间距相位角刀具选型刀具布置

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软岩切削过程的三维数值模拟

长安大学学报（自然科学版） 2010年第4期30卷 102-106页

作者：夏毅敏薛静周喜温中南大学现代复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室湖南长沙410083 中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

运用切削动力学理论以及有限单元理论,选择在Ottosen 4参数破坏准则基础上引入损伤因子的弹塑性本构模型作为软岩的材料模型,考虑刀具与软岩之间的摩擦,基于大型非线性动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对软岩的切削过程进行了三维动态模拟... 详细信息

运用切削动力学理论以及有限单元理论,选择在Ottosen 4参数破坏准则基础上引入损伤因子的弹塑性本构模型作为软岩的材料模型,考虑刀具与软岩之间的摩擦,基于大型非线性动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对软岩的切削过程进行了三维动态模拟,得到了软岩等效应力和刀具切削力的变化规律。仿真结果表明:软岩受到切刀挤压作用,达到屈服强度而发生塑性变形,最后产生崩裂;在整个切削过程中,岩石受到一个增大、减小的循环应力,刀具的切削力呈现严重的波动性。通过与试验结果比较,发现模拟数值与试验值吻合良好,这表明该数值分析方法是有效的,可用来指导盾构刀具破岩理论的进一步研究,并为改进盾构刀具的设计提供可靠的依据。

关键词：机械工程盾构软岩切削 ANSYS/LS-DYNA

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盾构切刀切削岩土的试验研究

矿山机械 2010年第1期38卷 15-18页

作者：夏毅敏黄利辉周喜温薛静中南大学现代复杂装备设计与极端制造重点实验室湖南长沙410083

为探讨盾构切刀与其作业对象的相互作用规律,借助刀具切削性能测试试验台进行了盾构切刀线性切削岩土的试验。通过力的测试试验系统对切削的水平力、垂直力进行了采集和分析,研究得出切刀的几何参数、工作参数和岩土的抗压强度等因素对... 详细信息

为探讨盾构切刀与其作业对象的相互作用规律,借助刀具切削性能测试试验台进行了盾构切刀线性切削岩土的试验。通过力的测试试验系统对切削的水平力、垂直力进行了采集和分析,研究得出切刀的几何参数、工作参数和岩土的抗压强度等因素对切刀切削力的影响规律,从而为盾构切刀的选型和设计提供了一定的理论参考。

关键词：盾构切削力试验

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热连轧机上阶梯垫板设计

一重技术 2017年第3期 6-10页

作者：周喜温一重集团大连工程技术有限公司工程师辽宁大连116600

从设计角度出发,分析计算热连轧机上阶梯装置各级垫板厚度,建立数学设计模型,并以某1580 mm热连轧F1-F4轧机为例,讨论该模型的使用方法,然后在此基础上对阶梯垫板的更换原则做出说明,对现有阶梯垫板设计以及垫板更换原则提出合理建议。

关键词：热连轧机上阶梯垫垫板设计垫板更换

某1580热连轧机工作辊弯辊及横移结构分析及改进

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科技创新与应用 2013年第18期3卷 42-43页

作者：周喜温阮东辉一重集团大连设计研究院有限公司辽宁大连116600

文章从工作辊弯辊及横移装置的结构出发,结合某1580mm热连轧机实际情况,对其弯窜辊装置中的操作侧、传动侧卡板缸进行了分析及改进,现已应用于实际生产中,以期在减少停机时间、降低故障率、提高工作效率方面发挥一定的作用。

关键词：工作辊弯辊横移工作辊卡板缸

220t电动轮自卸车举升液压缸的设计及仿真分析

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机床与液压 2010年第17期38卷 68-70,67页

作者：夏毅敏暨智勇兰仁清周喜温中南大学现代复杂装备设计与极端制造重点实验室湖南长沙410083 湖南长沙中铁轨道系统集团重型装备分公司湖南长沙410000 中铁十三局集团有限公司中心试验室吉林长春130033

重型矿用电动轮自卸车是大型露天矿山普遍采用的高效运输设备。通过分析220t电动轮自卸车举升系统的工作特点以及整车对举升液压缸的行程、强度等要求,设计三级双作用液压缸。应用SOLIDWORKS软件建立液压缸的三维模型,然后利用SOLIDWORK... 详细信息

重型矿用电动轮自卸车是大型露天矿山普遍采用的高效运输设备。通过分析220t电动轮自卸车举升系统的工作特点以及整车对举升液压缸的行程、强度等要求,设计三级双作用液压缸。应用SOLIDWORKS软件建立液压缸的三维模型,然后利用SOLIDWORKS与ANSYS之间的接口将三维模型导入ANSYS软件中进行有限元分析。仿真分析结果表明,上耳环与缸盖的接合处以及活塞与活塞杆的联接处是应力比较大的区域,整个举升液压缸的设计能满足220 t电动轮自卸车的静载荷要求。

关键词：电动轮自卸车液压缸有限元

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某型土压平衡盾构刀盘布刀规律研究

湘潭大学自然科学学报 2009年第4期31卷 92-96页

作者：夏毅敏周喜温刘玉江吴遁中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 中南大学现代复杂装备设计与极端制造重点实验室湖南长沙410083 中铁十四局集团有限公司隧道分公司 250002

盾构刀盘是盾构施工中实现掘进、渣土过流、界面支护的关键部件,不同的地质条件对盾构刀盘的结构形式、开口率、刀具的选择与安装都有着不同的要求.该文试图从某型复合盾构刀盘采用主辅梁形式、刀具螺旋线配置等进行分析,揭示了为保证... 详细信息

盾构刀盘是盾构施工中实现掘进、渣土过流、界面支护的关键部件,不同的地质条件对盾构刀盘的结构形式、开口率、刀具的选择与安装都有着不同的要求.该文试图从某型复合盾构刀盘采用主辅梁形式、刀具螺旋线配置等进行分析,揭示了为保证力学平衡而采取的结构形式以及刀具组合布置等与土体相适应的某些规律,为盾构刀盘的设计研制优化提供一定的依据.

关键词：盾构刀盘结构分析布置规律

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某型土压平衡盾构刀盘有限元分析

郑州大学学报（工学版） 2009年第3期30卷 70-74页

作者：夏毅敏周喜温刘玉江吴遁中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083 中南大学现代复杂装备设计与极端制造重点实验室湖南长沙410083 中铁十四局集团有限公司隧道分公司山东济南250002

根据某土压平衡盾构刀盘结构特点,在Solidworks中建立其三维实体模型,并应用ANSYS软件建立了刀盘相应的有限元计算模型,对刀盘在正常工况和脱困工况下的受力特性进行分析,得到了刀盘在各工况下的应力应变分布规律.分析结果表明,危险截... 详细信息

根据某土压平衡盾构刀盘结构特点,在Solidworks中建立其三维实体模型,并应用ANSYS软件建立了刀盘相应的有限元计算模型,对刀盘在正常工况和脱困工况下的受力特性进行分析,得到了刀盘在各工况下的应力应变分布规律.分析结果表明,危险截面位于180~210°辅梁与辅条间,在牛腿与法兰盘、辅梁连接处也有较大应力,最大应力为204 MPa,最大变形为1.568 mm,研究结果为刀盘的结构设计和工程施工维护提供了基础数据.

关键词：盾构刀盘有限元分析结构分析