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原文传递基于数字化样机技术的全断面掘进机动力学仿真研究

论文题名：	基于数字化样机技术的全断面掘进机动力学仿真研究
关键词：	数字化样机技术;全断面隧道掘进机;动力学仿真;优化设计
摘要：	数字化样机技术是一项新兴的工程技术，借助于这项技术，工程师们可以在计算机上建立机械系统的实体虚拟模型，模拟在现实环境下系统的运动学和动力学相关的特性。还可以根据仿真结果，对机械系统进行优化设计，在产品设计阶段发现机械系统潜在的问题和不足之处，消除了传统设计中对物理样机的依赖性，缩短了产品的研发周期，降低了研发成本，使企业更具有市场竞争性。然而数字样机技术的可信度，很大程度上取决于计算机仿真技术，以及相关分析软件的分析能力。虽然有许多功能强大的建模或分析软件。但是很难用其中的某一种单一软件独立完成整个机械系统的工作过程。基于这种情况，联合仿真应运而生，各大软件公司联手，在不同领域之间的软件间提供接口，可以使不同软件实现连接，以共同完成整个机械系统的仿真过程。　　全断面隧道掘进机(Entire Cross Section Tunnel Boring Machine)，以下简称掘进机，是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体，用于地下隧道工程施工的技术密集型工程装备。随着对隧道掘进机的应用不断的推广，人们对掘进机的研究已经由对掘进机理，机械结构的研究，转向如何针对土层的特性，选择合理的切削方式，从而满足掘进速度最快，并能最大限度地提高施工的效率;在特定地层条件下，如何选定与地层特性相适宜的掘进机工作参数，从而能确保开挖面的稳定性，使得地表不至于产生过大的变形，盾构施工对地层产生的扰动最小等。掘进机作为大型机械设备，具有设计复杂、制造周期长、造价高等特点，因此为了保证掘进机的设计质量，缩短设计周期并有效降低设计成本，可将数字样机技术应用到该产品的整个设计流程中。　　本论文的研究对象是Φ6.28m土压平衡式(EPB)掘进机的数字化样机。本论文的主要内容大体分为以下三大部分。第一部分是基于数字化样机技术，利用ADAMS和MATLAB/Simulink对数字样机进行动力学和控制的联合仿真，采用PID控制方法，探讨推力和掘进速度控制的控制性能，以及工程施工中由于地质条件改变后，速度响应曲线的变化规律，以给施工过程一定的指导。第二部分是基于数字化样机，利用联合仿真的方法，实现掘进机的姿态控制，主要是研究掘进机在水平面上偏离预定轴线后的纠偏方法，以及该纠偏方法在小半径曲线掘进作业中的应用，并在数字化样机上验证了该纠偏方法的可行性。第三部分是为使仿真分析更接近实际，对管片拼装机进行刚柔混合动力学仿真及有限元分析，利用ADAMS和ANSYS对管片拼装机的数字化样机进行刚柔混合建模分析，通过仿真结果，比较拼装头从刚体替换为柔性体后，对管片拼装机的末端运动的影响，以及拼装头的外力和应力应变的变化情况;并通过对拼装头的模态振型的分析，寻找拼装头的振动规律，为实际贴片过程提供相应的可靠地参考依据。　　本文采用数字样机技术有效地实现了掘进机的动力学相关联合仿真，这种方法不只是适用于掘进机的设计开发，并且还可以推广到其它一些复杂机械系统的研究、设计和开发中去，因此本文的研究方法具有重要的实用价值。
作者：	彭立华
专业：	机械制造及其自动化
导师：	巩亚东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文