摘要：TBM刀盘受载后的危险点应力获取缺少直接的测量方法,工况复杂的情况下也难以测量,这就制约了刀盘载荷分析在刀盘寿命分析及其再制造方向上的应用问题,为此本文提出了一种基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力分析方法.在CSM模型基本压力假设的基础上,提出了滚刀刀刃侧面基本压力的概念,推导计算了滚刀刀刃侧面受到的压力和摩擦力,并将二者逐个引入CSM模型中的三向力的计算,建立了改进的CSM模型;通过与公开的滚刀载荷实验数据对比,计算得到的三向力误差均在5%以内,弥补了CSM模型不能预测侧向力的不足.基于改进的CSM模型,通过分析滚刀载荷三向力的差值关系,建立了滚刀载荷差值与滚刀刀间距离的指数关系,得到了计算刀盘滚刀载荷的理论模型,使用ABAQUS的实体耦合功能,加载上各滚刀的载荷,分析整个刀盘的载荷分布,进一步获得刀盘危险点的位置.由此建立了一套刀盘滚刀群载荷获取及危险点应力分布计算的方法.通过与辽宁大伙房水库引水隧道工程中公开的实验数据及危险点统计数据对比,验证了基于改进CSM模型的TBM刀盘危险点应力计算方式的有效性.该研究对经典的CSM模型进行了改进,所提出的刀盘危险点的应力分析方法可为刀盘再制造寿命预测提供可靠的载荷分析依据,并指导刀盘服役阶段的操控参数设置.

摘要：随着生产力的发展,机器在发展,“机器组成”的概念也在演变。现代社会对机器的要求逐步提高,而复杂的机器来源于对传统机器的改造,了解机器的演变是对传统机器进行改造的必要过程。马克思在《资本论》中描述了机器的组成,当时适逢第二次工业革命开始,但其后不过数年,控制系统就加入到机器中,马克思的“机器组成说”开始被突破;20世纪下半叶,在第三次科技革命中,机电一体化概念出现,电子技术、控制技术和传感器技术等被融入到机械系统中。通过机械的发展历史说明了机器组成概念的演变过程,并提出了更准确的现代机械系统的定义,从而给人以启发,增加对机器本身的了解,对现代机械产品设计者具有指导意义。

摘要：针对TBM刀盘在破岩过程中出现表面裂纹而造成刀盘疲劳失效,从而引发施工风险和经济损失的问题,以辽宁大伙房水库输水隧洞所用MB264-311-8030mm型号TBM刀盘为研究对象,利用Abaqus进行有限元仿真,得到刀盘应力分布状况。基于Paris公式建立TBM刀盘的裂纹扩展模型,利用扩展有限单元法(XFEM)模拟裂纹的开裂过程,分析开裂路径和开裂时所需载荷的循环次数。提出通过安装筋板进行刀盘裂纹止裂的方案,并从筋板的安装位置、厚度、高度和宽度4个结构参数分别设置实验组,以未安装止裂筋板的刀盘作为对照组进行对照实验,计算不同结构参数下止裂板的止裂系数、裂纹长度和裂纹深度变化,评估不同实验组的止裂效果。研究结果表明:止裂筋板的结构参数明显影响了TBM刀盘表面裂纹的扩展速率,进而影响刀盘疲劳裂纹扩展寿命,合理地设计止裂筋板参数可有效延长疲劳裂纹扩展寿命,反之则会加速裂纹的扩展。经过多组对照后,采用安装位置距裂纹中心为5 mm,厚度为4 mm,高度为12 mm,宽度为6 mm的止裂板可将裂纹宽度和深度方向的止裂系数分别提升28.42%和27.86%,其中影响最显著的是距裂纹中心的安装位置和止裂板高度2个参数。研究可为实际隧道工程中TBM刀盘的止裂方案的设计与制定提供一定参考。

摘要：开放式创新作为知识经济时代制造业加快创新速度和提高产品竞争力的主导模式,一直蓬勃发展。为解决开放环境下分布式设计资源聚集难、任务与资源匹配精准度低、设计过程不确定性高导致的产品设计生态趋于恶化的问题,突破现有设计理论和方法的局限性,提出一种基于群体智慧协同创新的众包设计理论。从产品设计过程的微观层面和群智聚集作用的宏观系统层面探索建立众包设计理论体系,对设计过程动态变化机理及众包设计中各项活动进行全面细致分析,并提出关键问题的理论模型和解决方法,为产品众包设计实践提供理论参考。

摘要：土压平衡(Earth pressure balance,EPB)盾构刀盘的开口率及开口分布特征的设计是刀盘地质适应性设计的关键技术之一,直接影响开挖渣土的流动性及盾构的掘进效率。针对不同掘进地质条件下盾构刀盘开口设计的复杂性问题,利用刀盘切削渣土被改良为'塑性流变状态'的特性,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)理论,建立包括渣土、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,利用实际工程掘进数据验证CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,在此基础上,分析获得给定地质条件下相同开口率不同开口分布特征的刀盘前后渣土的压力分布规律,以及刀盘开口分布特征对盾构机刀盘开挖渣土流动性能的影响作用关系,并通过回归分析,得到刀盘开口分布特征与刀盘前后渣土压力之间的映射关系。研究为高效、稳定掘进的土压平衡盾构刀盘拓扑结构优化设计提供方法。

摘要：盾构机掘进性能是盾构机设计性能和施工操作复杂耦合作用的结果,依据盾构机掘进参数评价其掘进性能对盾构机刀盘结构设计和施工参数设定具有重要意义.在掘进参数基础上确定了影响土压平衡式盾构机掘进性能的评价指标,推导出刀盘扭矩和盾体推力的理论公式,基于性能评价指标构建了包括掘进能耗和效率的盾构机性能评价函数,并提出了盾构机掘进性能的参数化评价方法;通过结合现场施工数据对盾构机掘进性能进行了分析和评价,得出了掘进参数改进方法,并验证了其理论的正确性.该评价方法通过分析盾构机参数和地质参数可以评价盾构机掘进性能,并提供盾构机刀盘设计理论和施工参数设定方法.

摘要：针对质量屋存在内在模糊性和不确定性的问题,引入了粗糙集理论中的基本原理.提出了粗糙数的概念,用于得到客观的用户需求重要度排序.将用户需求与技术特性的关联性测度和技术特性自相关性确定问题转化为决策系统中条件属性重要度的确定问题,并结合条件熵与互信息的概念,提出了一种可提高计算精度的属性重要度算法.为了实现技术特性的最优配置,建立并求解以可用资源决策值与目标值的偏差最小为优化目标的整数规划模型,从而实现由用户需求到技术特性的映射.最后,通过推力轴承设计实例验证了所提方法的可行性和有效性.

摘要：针对土压平衡盾构掘进过程中土体、刀盘及土舱控制等复杂的耦合作用关系,利用经改良的切削渣土的"塑性流变状态",建立了包括土体、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,研究了刀盘开口率和埋深等因素对刀盘开挖面土体压力及速度分布规律的影响.建立了土体压力及其速度分布的拟合数学模型,揭示了刀盘拓扑结构特征对掘进过程的重要影响.利用实际工程掘进数据对比验证了CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,可对高效、稳定掘进的刀盘拓扑结构的优化设计提供分析支持.

摘要：硬岩掘进机上盘形滚刀在实际破岩过程中既随刀盘公转,又绕自身轴线自转,是一个复杂的运动过程。滚刀在破岩过程中受到的作用力的计算是进行刀盘设计和推进系统设计的重要依据。针对硬岩掘进机盘型滚刀破岩过程分析和计算的复杂性,应用ABAQUS软件中多体动力学原理建立滚刀组合回转破岩的有限元模型,模型中采用无限元网格施加无反射边界条件,消除模型大小对仿真结果的影响。通过分析计算滚刀破岩中所受的作用力,研究了滚刀回转破岩的刀间距及相位差。仿真结果表明,对于所选用的岩石类型,其最优刀间距为60mm,此时滚刀受到的滚动力最小,破岩质量最大,破岩比能最小;相邻滚刀的最佳相位差为120°,破岩质量最大,比能最小。研究为硬岩掘进机上刀盘刀具的布局研究奠定了基础。

摘要：研究目的:刀盘位于全断面隧道掘进机的最前端,工况恶劣,刀盘刀具磨损严重,是刀盘失效的主要原因。本文应用离散元分析方法对刀盘面板的磨损进行模拟仿真,并对磨损大小进行定量分析;通过对刀盘面板进行分区,研究面板的磨损规律;开展刀盘面板的堆焊结构优化设计,提出米字形堆焊的面板结构。研究结论:(1)刀盘面板滚刀分布密集区及出渣槽区域附近的面板磨损较为严重,易发生磨损激增;(2)优化后的新刀盘面板结构平均磨损量较原刀盘面板下降了近25%,优化后的刀盘面板耐磨特性得到明显提升,新刀盘面板结构固有频率较原刀盘面板更远离其工作频率,工作更加安全;(3)本文研究可为刀盘磨损的计算提供方法指导,优化的耐磨结构可应用于修复磨损严重的刀盘。