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基于SAMCEF的支撑-推进-换步机构有限元仿真及主梁优化
| 论文题名： | 基于SAMCEF的支撑-推进-换步机构有限元仿真及主梁优化 |
| 关键词： | 隧道掘进机;支撑-推进-换步机构;有限元仿真;主梁优化 |
| 摘要： | 本文研究了隧道掘进机仿真及关键结构件优化问题。以某公司直径8040mm的开敞式水平支撑TBM为例，在分析支撑-推进-换步机构各工况运动方式、拓扑结构的基础上，以SAMCEF有限元仿真软件为平台，详细论述了适用于开敞式TBM的有限元建模方法，并对根据各工况不同受载情况分别对机构进行直线掘进、调向、偏载工况的静力学仿真及分析，最后针对关键结构件主梁低应力区过多材料浪费的问题，对主梁进行优化。全文的研究内容和主要结论概括如下: 1)分析了常见的不同支撑类型隧道掘进机优缺点，以水平单支撑开敞式TBM为研究对象，分别阐述了主机刀盘部分、支撑-推进-换步部分结构组成及工作原理，并通过分析不同工况下鞍架的运动方式得到机构的拓扑结构。 2)建立了TBM主机的三维实体模型并导入SAMCEF，将机构建模分为关键结构件、运动副及结合面建模，详细讨论液压缸、导轨-滑块、各主要运动副以及围岩护盾结合面的建模方法。 3)对机构进行直线推进、调向、偏载工况仿真，并分析机构及主梁的应力、应变分布特性，讨论载荷输入、推进位姿及运动副位置对主梁静力学仿真输出结果的影响。 4)针对主梁最大应力远小于许用应力、用料浪费的问题，基于APDL语言对主梁进行截面优化及拓扑优化，减薄壁厚并根据主梁传力路径添加加强筋，得到一种类似于加筋板壳的主梁结构，为主梁的结构设计提供借鉴与参考。 |
| 作者： | 高夏忻 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 杨玉虎;沈煜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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