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基于离散元法的TBM滚刀动态响应研究

机电技术 2024年第3期 86-90页

作者：邵家诚凌静秀陈才权福建理工大学福建省智能加工技术及装备重点实验室福建理工大学机械与汽车工程学院中建海峡建设发展有限公司

在TBM施工过程中滚刀是实现破岩功能的关键部件，极端环境极易引起滚刀的剧烈振动，滚刀长期处于剧烈振动状态会产生开裂、失效等问题。文章以TBM滚刀为研究对象，建立滚刀法向振动模型，通过离散元平台建立滚刀-围岩仿真模型，并以线... 详细信息

在TBM施工过程中滚刀是实现破岩功能的关键部件，极端环境极易引起滚刀的剧烈振动，滚刀长期处于剧烈振动状态会产生开裂、失效等问题。文章以TBM滚刀为研究对象，建立滚刀法向振动模型，通过离散元平台建立滚刀-围岩仿真模型，并以线切割实验进行验证，误差值为8.99%。利用多体动力学软件对TBM滚刀模型进行动力学仿真，研究不同参数对滚刀动态响应的影响。结果表明：滚刀加速度均方根值随切深的增加而变大，最大值为15.6593 m/s2；随转速的减小而增大，最大值为14.7501 m/s2；同时随刀间距的增大而先变大后变小，最大值为13.4266 m/s2。研究结果对滚刀振动限值具有参考价值。

关键词： TBM滚刀离散元法动态响应多体动力学

基于Kriging模型和MOGA的轮胎成型机辊压支架的轻量化研究

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现代制造工程 2023年第10期 126-134页

作者：凌静秀李浩宇王乾廷张浩福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118 中建海峡建设发展有限公司福州350000 福建工程学院材料科学与工程学院福州350118

以轮胎成型机辊压支架为研究对象,提出一种结合Kriging模型和多目标遗传算法(Multi Objective Genetic Algorithm,MOGA)的轻量化优化方法。首先对辊压支架进行静态特性分析,对比稀疏网格模型和Kriging模型的计算精度及收敛情况,得出Krig... 详细信息

以轮胎成型机辊压支架为研究对象,提出一种结合Kriging模型和多目标遗传算法(Multi Objective Genetic Algorithm,MOGA)的轻量化优化方法。首先对辊压支架进行静态特性分析,对比稀疏网格模型和Kriging模型的计算精度及收敛情况,得出Kriging模型的收敛效果更好;以辊压支架质量为优化目标,以应力和变形为约束条件建立优化数学模型,运用最优空间填充(Optimal Space Filling,OSF)设计抽样方法获得初始样本点,使用Kriging模型建立响应面;最后使用MOGA搜索全局最优解,分析应力、变形和质量的优化过程。与原模型相比,优化后的辊压支架质量减轻了4.96%,该方法可为轮胎成型机其他零/部件轻量化优化设计提供参考。

关键词：辊压支架轻量化响应面优化 Kriging模型多目标遗传算法

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不同TBM支撑结构形式下的围岩稳定性分析

东北大学学报（自然科学版） 2014年第11期35卷 1602-1606页

作者：霍军周杨静孙伟凌静秀大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

针对TBM典型的X型支撑与水平支撑各自结构特点,考虑了II类和V类两种典型围岩情况,建立了基于LS-DYNA平台的两种支撑结构-围岩的接触失效仿真模型,分析了两种支撑结构与两类围岩不同接触面积下的相互作用过程.结果表明:在稳定性较好的II... 详细信息

针对TBM典型的X型支撑与水平支撑各自结构特点,考虑了II类和V类两种典型围岩情况,建立了基于LS-DYNA平台的两种支撑结构-围岩的接触失效仿真模型,分析了两种支撑结构与两类围岩不同接触面积下的相互作用过程.结果表明:在稳定性较好的II类围岩下,水平支撑仅能在接触面积为100%情况下保持围岩稳定;在稳定性较差的V类围岩下,无论水平支撑与围岩接触面积为多少,岩石均极易发生坍塌现象;对于X型支撑,无论针对II类围岩还是V类围岩,围岩都能保持较好的稳定性.分析结果将为今后全断面掘进机支撑结构选型设计提供一定的理论依据.

关键词： TBM 水平支撑 X形支撑 LS-DYNA 围岩稳定性

全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

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中国机械工程 2017年第10期28卷 1143-1148页

作者：凌静秀孙伟杨晓静童昕福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118 大连理工大学机械工程学院大连116024

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度... 详细信息

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。

关键词：全断面隧道掘进机刀盘裂纹应力强度因子子模型技术有限元法

EBZ-135型悬臂式掘进机履带板的优化设计

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EBZ-135型悬臂式掘进机履带板的优化设计

作者：凌静秀太原理工大学

学位级别：硕士

掘进机是煤矿井下巷道掘进的关键设备之一。履带是掘进机的支撑、行走机构,主要承受掘进机行走和切割时的支反力、倾覆力矩及动载荷。本文涉及的EBZ-135型掘进机在掘进时,存在履带对地面附着力不够,易打滑,不能自动排除淤泥等缺点。据此... 详细信息

掘进机是煤矿井下巷道掘进的关键设备之一。履带是掘进机的支撑、行走机构,主要承受掘进机行走和切割时的支反力、倾覆力矩及动载荷。本文涉及的EBZ-135型掘进机在掘进时,存在履带对地面附着力不够,易打滑,不能自动排除淤泥等缺点。据此,对履带板的结构进行优化设计成为该课题的主要研究内容。论文课题为太原矿山机器集团有限公司的委托项目,以EBZ-135型掘进机（以下简称掘进机）为研究对象,采用三维建模软件UG对各构件建模,装配完后导入到仿真软件ADAMS中建立虚拟样机,进行动力学仿真,得出载荷边界条件,利用仿真结果在有限元分析软件ANSYS中对履带板有限元分析。在UG中主要创建驱动轮、导向轮、履带板以及机架,并进行虚拟装配和简单干涉检查,完成掘进机三维简化模型的创建。将建立好的三维模型导入到ADAMS软件中,施加约束、载荷等,完成虚拟样机模型,然后对水平巷道、上坡以及转弯三种工况进行仿真,并利用扭矩理论值验证仿真结果的正确性,研究履带板的载荷变化曲线。提取履带板载荷曲线中最大载荷作为有限元分析的边界条件,在ANSYS软件中对原履带板结构进行有限元分析,校核原结构的强度。最后分别从提高掘进机对地附着性能和自动排除淤泥的方面优化原履带板结构,达到预期目的。

关键词：虚拟样机掘进机履带板有限元优化设计

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基于集中参数法的TBM滚刀动态响应研究

机电技术 2022年第4期45卷 48-51,65页

作者：杨晓静凌静秀邵家诚福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118 福建工程学院福建省数控装备产业技术创新研究院福建福州350118 中建海峡建设发展有限公司福建福州350000

滚刀是TBM掘进装备的核心部件,工作在极端复杂的地质环境下,承受多点分布强冲击载荷,使得滚刀振动极其剧烈,研究冲击载荷作用下TBM滚刀振动特性十分有必要。文章采用集中参数法建立滚刀的垂向和轴向振动模型,运用ADAMS对滚刀虚拟样机模... 详细信息

滚刀是TBM掘进装备的核心部件,工作在极端复杂的地质环境下,承受多点分布强冲击载荷,使得滚刀振动极其剧烈,研究冲击载荷作用下TBM滚刀振动特性十分有必要。文章采用集中参数法建立滚刀的垂向和轴向振动模型,运用ADAMS对滚刀虚拟样机模型进行模拟仿真,得到滚刀质心在竖直和水平方向上的位移、速度和加速度振幅,滚刀输出的变化规律与载荷输入情况相一致。采用雨流计数法进行数值统计。研究结果对滚刀系统参数匹配及动态优化具有参考价值。

关键词： TBM滚刀质量集中法动态响应 ADAMS

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基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算

东北大学学报（自然科学版） 2016年第8期37卷 1144-1148页

作者：孙伟朱晔凌静秀霍军周大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)工作时刀盘表面会产生大量裂纹,针对这种情况提出一套裂纹区域划分法,在此基础上建立可靠度计算模型.首先,根据受力及结构形式的不同划分刀盘易发生裂纹的危险区域,然后运用雨流计数法获取... 详细信息

全断面岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)工作时刀盘表面会产生大量裂纹,针对这种情况提出一套裂纹区域划分法,在此基础上建立可靠度计算模型.首先,根据受力及结构形式的不同划分刀盘易发生裂纹的危险区域,然后运用雨流计数法获取应力幅值.以裂纹疲劳损伤累积为基本变量,创建TBM刀盘裂纹扩展形式的可靠度计算模型.以中天山隧道工程TBM刀盘为例,刀盘易发生裂纹的部位可划分为10个区域.TBM掘进4 km时可靠度的计算结果与实际工程相符.刀座焊接处最易发生疲劳破坏,维修时应采取措施防止其裂纹扩展.

关键词：刀盘裂纹可靠度刀盘分区应力幅值

TBM刀盘系统多自由度耦合振动响应灵敏度研究

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中南大学学报（自然科学版） 2017年第3期48卷 650-657页

作者：凌静秀孙伟霍军周邓立营大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 北方重工集团有限公司辽宁沈阳110141

研究冲击载荷作用下TBM刀盘的振动特性。在已有TBM刀盘系统耦合动力学模型的基础上,运用直接导数法推导动态响应灵敏度的表达式,建立适用于TBM刀盘强迫振动响应的灵敏度分析方法。以辽西北引水工程项目的刀盘系统参数为例,采用协同数值... 详细信息

研究冲击载荷作用下TBM刀盘的振动特性。在已有TBM刀盘系统耦合动力学模型的基础上,运用直接导数法推导动态响应灵敏度的表达式,建立适用于TBM刀盘强迫振动响应的灵敏度分析方法。以辽西北引水工程项目的刀盘系统参数为例,采用协同数值求解方法计算刀盘振动响应及其灵敏度,并分析刀盘质量分布对响应的影响。研究结果表明:刀盘振动响应对分体质量的灵敏度最大,且各方向灵敏度均不为0,说明质量参数的变化会影响刀盘各方向振动,而刀盘支撑刚度仅影响其相关联的振动,刀盘轴向振动响应对轴向支撑刚度的灵敏度约为倾覆方向的2倍;刀盘分体质量分数控制在13%~14%区间时,结构振动最小。

关键词： TBM刀盘系统多自由度耦合直接导数法响应灵敏度

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TBM刀盘系统动态特性及参数影响

哈尔滨工程大学学报 2016年第4期37卷 598-602页

作者：凌静秀孙伟霍军周李广庆大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118

隧道掘进机刀盘在掘进过程中承受高强度冲击载荷,振动十分剧烈,导致关键构件过早损伤失效,有必要在设计阶段研究刀盘系统的振动特性及其参数影响。为此,在已有TBM刀盘系统多自由度耦合动力学模型的基础上,通过求解各阶固有频率和振型,... 详细信息

隧道掘进机刀盘在掘进过程中承受高强度冲击载荷,振动十分剧烈,导致关键构件过早损伤失效,有必要在设计阶段研究刀盘系统的振动特性及其参数影响。为此,在已有TBM刀盘系统多自由度耦合动力学模型的基础上,通过求解各阶固有频率和振型,得到各构件的模态能量分布,进一步区分各阶模态振型,识别模态敏感参数,并分析了敏感参数对前10阶频率的影响。研究结果表明,刀盘系统模态振动主要集中在中间阶,且纯扭转振型对应的固有频率为57 Hz;模态能量能够区分各阶振型,且和常规的振型分析结论一致;第2～10阶固有频率主要受小齿轮转动惯量和输入端扭转刚度的影响,且这两个值分别取原始方案的1.1倍和1.3倍时,系统振动特性较稳定。

关键词：隧道掘进机刀盘系统多自由度耦合动态特性模态能量模态振型振型分析参数影响