土压平衡盾构机刀盘仿真分析与多目标优化设计

"土压平衡式盾构机刀盘性能仿真分析与多目标优化设计技术研究" 本篇硕士学位论文深入探讨了土压平衡式盾构机刀盘的关键性能及其在掘进过程中的作用。作者仇桂勇在导师刘振宇的指导下，结合国家973项目课题，针对全断面掘进系统的性能仿真与实验，以及企业实际需求，对刀盘的性能仿真分析和多目标优化设计进行了详细研究。 首先，论文介绍了基于有限元的性能仿真分析技术，这是评估刀盘性能的基础。通过分析国内外对土压平衡式盾构机刀盘结构设计和性能仿真分析的研究现状，指出了现有设计的不足，明确了研究的目标和内容结构。 在第二章中，为解决刀盘建模的复杂性和优化设计的难题，作者提出了一种基于特征单元的刀盘参数化建模方法。这种方法利用刀盘的结构特征，构建了树状和拓扑结构的参数化模型。通过二次开发ANSYS软件，实现了刀盘的参数化三维建模，进而建立了考虑材料属性和不同载荷条件下的刀盘应力和振动特性仿真模型，能有效分析刀盘在不同工况下的应力分布和振动行为。 针对刀盘结构疲劳寿命预测的准确性问题，第三章提出了一种基于几何相似性的预测方法。考虑到S-N特性多样性，该方法定义了标准结构和衍生结构的概念，建立了几何相似性的判断准则和相似度计算方法，用于确定衍生结构的S-N曲线修正系数。结合平均应力和应力集中等易疲劳破坏因子，运用Goodman方程计算特定位置的最大疲劳损伤，从而更精确地预测刀盘的疲劳寿命。 通过这些创新方法的应用，论文将研究成果应用于沈阳重型机械集团有限公司制造的6.28m土压平衡式盾构机刀盘的性能仿真分析，显著提升了设计效率和性能预测的准确性。这些研究不仅对盾构机刀盘的设计提供了理论支持，也为整个盾构掘进系统的优化提供了有力的技术手段，具有很高的工程实践价值。