复合地层盾构切削系统的刚柔耦合分析.pdf

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1、机械设计与制造第6期ll4MachineryDesign&Manufacture2011年6月矗．l_、、r、文章编号：1001—3997(2011)06一O114—03t先●进净，●制●造净技，术净上)．复合地层盾构切削系统的刚柔耦合分析木文伟力冯平法吴志军刘建虎(清华大学精密仪器与机械学系，北京100084)AnalysisonrigidrlexiblecouplingofcuttingsystemoftheshieldmachineincompositestrataWENWei—li，FENGPing—fa，WUZhi-

2、jun，LIUJian—hu(DepartmentofPrecisionInstrumentsandMechanology，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)【摘要】复合地层载荷的时变性及盾构切削系统动力传递的复杂性使得对切削系统及其相关零部件的设计校核变得较为困难。通过刚柔耦合方法，根据复合地层外部载荷特征，以切削系统主轴承内圈(大齿圈)为分析对象，将其作为柔性体对盾构切削系统进行接触力求解，以获得的接触力作为外载进行轴承内圈的有限元分析。所建模型及采用的分析方法有效提高了复杂载荷

3、边界条件的提取效率及有限元仿真精度，为进行盾构切削系统关键零部件的设计校核奠定了基础。关键词：复合地层；刚柔耦合；接触力；有限元分析【Abstract】Thetimevariationofcompositestrataloadandthecomplexityofthepowertransferoftheshieldmachinecuttingsystemmakethedesignandcheckofthecuttingsystemandrelatedpartsmoredficult．Throughtherigidflexibl

4、ecouplingmethod，thecontactforcesolutionoftheshieldmachinecuttingsystemisimplementedwiththelargegearringbeingtreated傩aflexiblebobasedontheexternalloadcharacteristicsofcompositestrata，andafiniteelementanalysisofbearinginnerraceiscarriedoutbytak—ingthecontactforceobtai

5、nedasexternalload．ThemodelbuiltandtheanalyticalmethodadoptedimprovestheextractionefficiencyofthecompleXloadingboundaryconditionsandtheaccuracyoffiniteelementsimulation，whichmakesafoundationfordesignandcheckofthekeypartsoftheshieldmachinecuttingsysterns．Keywords：Comp

6、ositestrata；Rigidflexiblecoupling；Contactforce；FEA中图分类号：TH16文献标识码：A1引言2刚柔耦合模型的构建盾构切削系统在掘进作业中起着至关重要的作用，作为切削首先确定复合地层盾构切削系统的外部载荷，然后将建立系统主要组成的齿轮及主轴承等零部件，有时在工作过程中会生的切削系统三维模型分别导入ADAMS及ANSYS，采用接口模失效破损旧，严重阻碍了施工的』顷利进行。提高组成切削系统各关块将ANSYS中生成的模态中性文件导人ADAMS生成刚柔耦合键零部件性能是提高盾构掘进陛能的重

7、要保证之一，但面对复合地模型及进行多体动力学分析，再将大齿圈的动力学响应以载荷文层这种异常复杂的施工环境，其外部载荷是一个动态变化的过程目，件形式输出至ANSYS中进行大齿圈的结构有限元分析，其分析加之盾构切削系统动力传递路径异常复杂，难以准确获取进行关键流程，如图1所示。零部件结构分析所需载荷边界条件，阻碍了设计校核工作的J顺利进行。刚柔耦合分析近年来得到了较为广泛的应用，其主要功能之一是在进行零部件结构分析前，先将待分析部件作为柔性体进行机械系统的多体动力学分析，再将分析获取的动力学响应以载荷文件的形式输出，作为载荷边界条

8、件进行关键零部件的结构分析，从而提高结构分析的精度及效率。主轴承是盾构机的重要部件之一，相关研究意义重大。因此，针对复合地层下的盾构切削系统，以主轴承内圈(大齿圈)为分析对象，对盾构切削系统进行了刚柔耦合模型的构建及轴承内圈的有限元分析，所建模型及采用的分析方法有效提高了复杂