基于ADAMS的全断面硬岩隧道掘进机主机耦合振动分析

为明确不同工况下TBM主机振动耦合规律，基于Adams软件,依据其结构装配关系和力传递关系，对TBM主机节点进行重新划分，引入非线性弹簧元件对油缸、轴承和齿轮啮合进行非线性等效，建立TBM主机非线性耦合动力学模型，并详细计算结构本身的刚度和结构间的非线性连接刚度。根据掘进地质条件，定义了全推力、上软下硬和转弯3种典型刀盘载荷，并对3种载荷下的振动进行分析。结果表明： 1)在全推力工况下，主机关键部件的振动最大，为低频的受迫振动；机头架的振动横向和纵向受到齿轮的耦合作用，在150 Hz左右的频率上存在耦合振动。 2)刀盘轴向最大加速度幅值为2.5g，从刀盘到主梁，机头架的振动衰减了约25%，主梁前段振动衰减了约55%，与已有全推力工况下实测结果相接近，证实了仿真计算的正确性。3）根据对上软下硬和转弯纠偏2种典型工况的振动规律分析，刀盘的轴向力和速度分别减少约40%和80%。     

某地铁工程盾构刀盘改造力学分析

为了适应富水中砂地层盾构掘进,需要对原有刀盘结构进行改造,并研究改造前后的刀盘力学特性。采用理论计算土压平衡和土压不平衡2种工况下的刀盘外载,并利用有限元法分析改造前后盾构刀盘的应力及变形情况。研究结果表明:1)土压不平衡工况下的最大等效应力和最大变形高于土压平衡工况。2)对于同一种工况,改造前后刀盘的最大等效应力变化不大,但最大变形量增加了10%左右;最大等效应力位于刀盘背板与牛腿的连接处,最大变形发生在刀盘左下侧及右上侧的边缘位置。改造后刀盘的强度和刚度均满足施工要求,实际掘进效果良好,掘进效率明显提升。     

不同几何结构的TBM刀盘静力学性能对比分析

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,其变形量是否满足要求、应力分布是否合理决定了掘进机能否安全可靠地工作。为对比分析不同几何结构TBM刀盘的静力学性能,基于应用在秦岭隧道的TB880E型平面刀盘,设计了具有相同开挖直径和滚刀数目的锥面刀盘和球面刀盘;通过建立3种刀盘的有限元计算模型,分析了相同工况下3种刀盘的变形和应力分布。分析结果表明： 相同工况和掘进参数条件下,平面刀盘的应力最小,而锥面和球面刀盘的盘面变形较小。这说明平面刀盘结构平滑,不易产生应力集中,刀盘强度较高;球面和锥面刀盘的刀盘面呈拱形结构外凸,可以有效提高刀盘结构的整体刚度。     

盾构刀盘的有限元参数化建模及其分析

为快速进行盾构刀盘有限元分析,建立典型刀盘有限元模型建模系统,利用该系统实现了盾构刀盘自动建模和有限元分析,并进行了掘进过程的有限元仿真,得到了刀盘与掘进界面耦合作用下的动态强度、刚度,为刀盘的优化设计提供参考依据。     

?12 m级泥水盾构刀盘的载荷转矩计算及力学性能分析

为研究某盾构隧道?12 m级大直径泥水盾构刀盘设计的合理性以及对高水压密实砂层施工的适应性,结合大直径泥水盾构的特点以及以密实砂层为主的地层条件,提出考虑土压力与刀具贯入阻力、忽略砂土间的黏聚力的刀具载荷计算修正模型,综合考虑刀盘结构及其背部泥水压力对刀盘载荷及转矩的影响,获得刀盘的输入载荷和转矩。利用ANSYS软件,建立大直径泥水盾构掘进的仿真分析模型,对泥水盾构正常掘进、偏载以及脱困3种工况进行有限元分析。结果表明:偏载工况下,刀盘的应力和变形最大,最大应力出现在刀盘下半部的主臂支撑筋板与法兰连接处,达到128.46 MPa;最大变形出现在刀盘边缘处,达到2.85 mm,刀盘性能满足设计要求。     

主驱动双速减速机在高黎贡山隧道再制造TBM中的施工应用

高黎贡山隧道出口段采用2台敞开式TBM分别在主洞和平导洞施工,由于地质条件复杂,TBM经常遇到刀盘脱困转矩不足导致设备卡机的情况。为提高刀盘驱动系统脱困转矩,满足TBM在破碎围岩条件下掘进的需要,对彩云1号TBM主驱动系统安装双速减速机的技术改造进行研究。双速减速机安装在TBM主电机和减速机之间,高、低速模式下减速比分别为1.00和1.47,可通过手柄直接进行模式切换,具有切换方便的特点;在低速模式下,可将设备脱困转矩由6150k N·m提升至9225k N·m。经现场验证:在TBM脱困使用低速挡掘进时,设备可在7000k N·m转矩下持续掘进,说明在TBM上安装双速减速机可大大提高敞开式TBM在软弱破碎围岩地质条件下的脱困能力。     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。     

空气悬架客车横向动力学建模和稳定性分析

针对特殊行驶工况下空气悬架客车横向动力学失稳现象的揭示问题,本文中提出一种系统非线性动力学建模和稳定性分析方法。为准确反映空气悬架客车横向动力学演化规律,建立了考虑空气弹簧和轮胎非线性力学特性的系统3自由度动力学模型。为实现复杂高维动力学系统的稳定性分析,首先基于中心流形理论对系统进行降维处理,而后对得到的约化系统进行定性性态分析,确定了系统满足鞍结分岔的充分必要条件。设置4种工况对空气悬架客车横向动力学系统在平衡点处的分岔行为进行了相平面分析,掌握了空气悬架客车在不同路面条件下随车速及前轮转角变化的横向动力学失稳演化规律,最后基于整车动力学进行仿真验证表明解析分析结果与仿真分析结果一致,证明本文提出的非线性稳定性分析方法有效可行。     

城市环境下TBM施工对周边环境影响的监测与分析

重庆市轨道交通六号线一期五里店站—山羊沟水库区间隧道为开敞式TBM掘进,为了掌握重庆典型地质条件下TBM掘进对周边环境的影响,为重庆地铁以及其他类似工程提供借鉴,以该工程TBM掘进前300 m(里程K17+300～+600)隧道为依托对象,对TBM掘进区间隧道附近的房屋结构、桥台、围岩以及地表等进行了地表沉降和微振动的监测和对比分析。对TBM掘进的不同工况、不同地质条件的围岩及其支护进行了围岩变形、支护结构受力变形等的监测和对比分析,通过监测分析得出部分结论。     

重型车辆与路面耦合作用的仿真分析研究

针对车-路系统以及车-路耦合作用的特点,运用ADAMS动力学仿真软件,建立了某重型车的多自由度仿真模型,并利用ADAMS对模型进行了仿真计算,分析了车辆以不同载重量、不同速度行驶于不同等级路面时,车辆对路面的动载荷作用。结果表明：车-路耦合产生的动载作用受路面工况的影响较大,随着路面等级的降低,车辆对路面的动载荷有着显著的增大;在车辆正常行驶速度范围内,车辆对路面的动载荷也随着车速的增加而增大;而在相同条件下。满载车辆较空载车辆对路面的动载荷要大很多,即满载对路面的破坏作用更为显著。     

工程车辆非线性橡胶悬架动力学建模与优化

以AD250铰接式自卸车的非线性变刚度橡胶悬架为研究对象,应用模态综合法和多柔体系统动力学理论,并通过整车试验建立了整车刚柔耦合动力学模型。以行驶平顺性和操纵稳定性为优化目标,采用序列二次规划法,对不同载荷、不同等级路面和不同车速下的悬架特性参数进行优化,得到了不同工况下的最优悬架特性参数。通过最小二乘法拟合得到了橡胶悬架刚度参数的理想非线性特性曲线。仿真结果表明,优化后的橡胶悬架系统能使车辆保持良好的行驶平顺性。     

TBM滚刀布置方案对比分析与评价

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,滚刀布置设计是刀盘结构设计的关键,直接决定着刀盘的综合掘进性能。基于硬岩TBM 的 2种滚刀设计方案,对比分析不同滚刀布置方式对TBM刀盘力学性能的影响。从刀盘整体受力平衡的角度,对比计算2种方案的滚刀群径向不平衡力和倾覆力矩;从刀盘局部变形和应力分布的角度,提出滚刀分布密度的评价指标,并与刀盘面变形有限元计算结果进行关联分析。研究结果表明： 1）滚刀分布密度可作为滚刀布置的设计评价指标; 2）溜渣板对刀盘的力学性能影响较大; 3）随机式滚刀布置方案优于米字型滚刀布置方案。     

超车工况下高速客车操纵稳定性仿真与试验研究

在分析大客车结构和载荷分布的基础上,根据乘员人体工程学和系统动力学原理,建立了九自由度客车模型。对客车模型的仿真结果和实车试验结果进行了对比,验证了该模型的正确性和实用性。同时,利用此模型仿真分析了悬架参数变化对高速超车工况客车操纵稳定性的影响。     

大型组合式挡泥板固定支架多方案的模拟研究

建立大型组合式挡泥板固定支架系统动力学仿真模型,对其进行三种工况下的动力学仿真分析,计算出各固定点所受载荷,并将其输入到挡泥板固定支架有限元模型进行模态、强度、刚度分析。通过多方案对比分析,并结合工程应用经验,确定正式方案。     

基于多体动力学的柴油机曲轴疲劳寿命分析

为分析4100QBZL柴油机曲轴的疲劳寿命,建立该曲柄连杆机构的刚柔耦合多体动力学模型,将多组试验测量的缸内压力作为驱动力,进行耦合仿真得到曲轴在柔性体模型下的主轴颈、连杆轴颈负荷仿真结果,并根据载荷结果对曲轴进行静强度校核。最后结合由多体动力学软件得到的载荷谱与有限元分析所得的曲轴在各个工况下的应力应变分析结果,以及通过材料的各项属性拟合出的S-N曲线,对曲轴进行了疲劳寿命预测。结果表明:曲轴的静强度及疲劳寿命均达到了工程设计要求,曲轴最危险部位的寿命次数也达到了1013以上,认为曲轴不会发生疲劳破坏。     

某轿车悬架系统的载荷仿真分析

基于多体动力学理论建立了某型轿车后悬架的刚柔耦合动力学模型,将采集的某试车场比利时路面不平度信号作为路面激励输入,对悬架系统进行了动态仿真,并用已有道路试验数据,包括后桥垂向加速度和悬架动行程验证了模型的正确性.最后,基于经验证的悬架动力学模型,对关键部件的受力状况进行了全面仿真,确定了悬架系统各部件承受的主要载荷形式,可为悬架系统载荷谱采集测点的选取提供参考.     

基于误用工况试验的下摆臂载荷对标研究

为研究强度CAE分析工况与整车误用工况下的载荷关联性,本文选取前悬架系统中的核心部件下摆臂为研究对象,通过误用工况试验,采集摆臂球头销处的FX/FY载荷,并在摆臂关键受力位置的表面粘贴应变花采集应变数据。同时搭建前悬架系统的多体动力学模型,提取下摆臂的强度工况载荷,并建立下摆臂有限元模型,进行有限元分析得到关键位置的应变和应力结果。对比试验采集数据和CAE分析结果,得到仿真和试验结果差异较小,完成下摆臂的载荷对标过程,为前悬下摆臂及其它底盘零部件的误用工况试验载荷对标提供一定参考。     

突变载荷下盾构刀盘设计验证分析

在复杂地层条件下,由于掘进载荷不稳定,盾构刀盘受力不均、震动变形及刀具非正常损坏等是盾构施工中较为突出的问题。以工程现场刀盘与地层相关参数为基础,采用有限元方法,在不稳定载荷条件下对盾构刀盘受力特性进行分析,得出盾构在该地层不稳定载荷条件下掘进过程中刀盘应力、应变状态,可确保刀盘设计的可靠性。     

土压平衡盾构刀盘掘削动态数值模拟

在盾构掘进过程中,刀盘与土体之间的相互作用非常复杂。应用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了在砂土和黏土地层条件下土压平衡盾构刀盘掘进的非线性动力学模型,依据德鲁克-普拉格塑性屈服准则,采用包含单元删除功能的损伤失效准则模拟土体的屈服和破坏。模拟结果反映了土体在受到切削时累积塑性应变直至破坏的变化规律;刀盘在掘进过程中所受载荷呈一定周期性变化;在其他掘进参数不变的情况下,刀盘在砂土中掘进时所受轴向力和扭矩大于黏土;刀盘在砂土中的切削效率低于黏土。研究结果能够为土压平衡盾构刀盘的设计研究提供一定的理论指导。     

汽车悬架系统中铰接点载荷的计算方法

考虑衬套6个自由度的非线性刚度,建立了汽车悬架系统中各铰接点(球铰和衬套)载荷的计算模型。基于悬架控制臂和转向节臂等力-位移静平衡方程,给出了悬架系统各铰接点力的计算公式。以某一汽车的双横臂悬架系统为例,分别利用未考虑控制臂衬套、仅考虑控制臂衬套的线刚度和同时考虑衬套线刚度和扭转刚度(6自由度的非线性刚度)的3种模型,计算了在汽车典型和极限载荷工况下悬架系统各铰接点的受力。计算结果表明,在极限载荷工况下,考虑衬套6个自由度非线性刚度的模型能更准确地计算出各铰接点的力;计算得到的载荷可用作悬架系统各元件强度计算、刚度计算和疲劳试验的载荷输入。