隧道掘進機概況及管片受力的有限元分析開題報告

畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告書 課題名稱 隧道掘進機 概況及管片 受力的有限元分析 學(xué)生姓名 學(xué) 號 院（系）、專業(yè) 指導(dǎo)教師 2006 年 1 月 17 日 一、課 題的來源、目的意義（包括應(yīng)用前景）、國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平 隨著我國加大基礎(chǔ)建設(shè)的投資和開發(fā)，發(fā)展交通和城市基礎(chǔ)建設(shè)是關(guān)鍵。交通建設(shè)和城市基礎(chǔ)建設(shè)也就是鐵路和公路的建設(shè)以及城市的地鐵建設(shè)和引水、排水工程。在這些建設(shè)中都加大了隧洞的建設(shè)。且我國幅員遼闊，尤其是西部山多，而交通又很不發(fā)達。開發(fā)西部，關(guān)鍵是交通。也就是鐵路和公路的建設(shè)。鐵路選線標準的高低在很大程度上取決于隧道長度的修建水平。同樣隨著西部大開發(fā)的加快，公路建設(shè)也向山區(qū)發(fā)展。現(xiàn)代運輸業(yè)的關(guān)鍵問題是用提速來增加運量和縮短時間，速度是運輸業(yè)非常重要的指 標之一。由于公路建設(shè)的特點及修建技術(shù)上的原因，多少年來公路在山區(qū)或半山區(qū)穿行時，多以盤山公路為主，汽車爬坡增加燃料費用，雨季滑坡，坍方斷道，冬季雪封路使交通被迫中斷、翻車等事故頻繁，造成了巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。因此，在鐵路和公路建設(shè)中都加大隧洞的建設(shè)。除了公路和鐵路建設(shè)要修建大量的隧道外，城市的地鐵建設(shè)和引水工程也需要修建大量的隧道洞，因此在將來一段時間內(nèi)，隧道工程的建設(shè)將是大量的。 據(jù)不完全統(tǒng)計，“十一五”及今后一段時間，我國調(diào)水工程涉及隧洞累計長度將超過 800km，此外，我國在“十一五”及未來 10 年 中，鐵路、地鐵、公路、市政工程建設(shè)市場規(guī)模也相當(dāng)大，因此掘進機技術(shù)具有廣大闊的市場空間，潛在需求巨大。但是目前我國水工隧洞建設(shè)使用的全斷面巖石掘進機主要依賴進口，外匯耗費數(shù)額巨大，因此依托國家工程建設(shè)潛在需求，開發(fā) TBM 核心集成技術(shù)，發(fā)展我國高技術(shù)隧道掘進技術(shù)和成套裝備尤顯重要。 在隧道工程中，如果使用的是護盾式 TBM（其既可以用于軟巖的掘進，也可以用于硬巖的場合），與之配套的往往是連續(xù)安裝的管片支護。國內(nèi)外管片的安裝一般采用傳統(tǒng)的管片安裝機械手進行安裝。提高管片安裝的效率與質(zhì)量一直是隧道工程界的目標。護盾 式 TBM 隧洞施工中的管片設(shè)計、合理的管片安裝機械及安裝工藝進程、正確的施工荷載確定等都關(guān)系到管片的安裝質(zhì)量并最終影響到TBM 隧洞施工的總體進度。因此，對管片形式、管片安裝機械及安裝工藝進程進行研究分析，尋求合理的解決方案，具有重要意義。 目前國內(nèi)外對管片結(jié)構(gòu)計算尚無一個公認的、準確的計算方法，計算中以結(jié)構(gòu)力學(xué)法為主，再輔以有限元法、特性曲線法分析計算，結(jié)合工程經(jīng)驗、規(guī)范要求確定管片的尺寸、配筋和聯(lián)結(jié)方式等。而在荷載結(jié)構(gòu)法中的眾多計算方法中又以自由變形圓環(huán)法為主。 國內(nèi)外管片的安裝一般采用傳統(tǒng)的管片安裝機械手進行安裝。 Robbins 公司 TBM 的盾尾裝有機械式抓取的回轉(zhuǎn)式砌塊安裝器。安裝器的臂可沿隧道軸線作縱向移動，使管片能放在精確的軸向位置處。 二、課題研究的主要內(nèi)容、研究方法或工程技術(shù)方案和準備采取的措施 主要內(nèi)容： 通過有限元分析建立模型，分析確定隧道掘進機管片在裝配和受力時強度，精度應(yīng)滿足的要求。 研究方法和準備采取的措施： 利用有限元方法對隧道掘進機裝配和受力進行分析。 有限元方法是廣泛用于解決應(yīng)力分析，傳熱學(xué)，電磁學(xué)和流體力學(xué)等工程問題 數(shù)值方法。其分 析研究步驟如下： 預(yù)處理階段 1. 建立求解域并將之離散化成為有限元，即將問題分解成節(jié)點和單元。 2. 假設(shè)代表單元物理行為的形函數(shù)，即假設(shè)代表單元解的近似連續(xù)函數(shù)。 3. 對單元建立方程。 4. 將單元組合成總體的問題，構(gòu)造總體剛度矩陣。 5. 應(yīng)用邊界條件、初值條件和負荷。 解決階段 6. 求解線性或非線性的微分方程組，以得到節(jié)點的值，例如得到不同節(jié)點的位移量或熱傳遞問題中的不同節(jié)點的溫度值。 后處理階段 7. 得到其他重要信息。例如主應(yīng)力、熱量等 ： 三、現(xiàn)有基礎(chǔ)和具備的條件 通過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)， 本人已經(jīng)掌握了基本的專業(yè)知識，對本課題的相關(guān)學(xué)科有一定的了解，具有了相關(guān)的理論基礎(chǔ)。學(xué)校還組織進行了各種課程設(shè)計，積累了一定的經(jīng)驗，對本次設(shè)計將會有很大的幫助。學(xué)校提供了大量的相關(guān)資料、技術(shù)支持以及實驗設(shè)備和實驗場地。學(xué)院圖書館收藏了許多有關(guān)專業(yè)方面的知識書籍和周刊，并且提供了網(wǎng)絡(luò)化的機房，可以在中國期刊網(wǎng)、維普網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、超星數(shù)字圖書館等網(wǎng)站查閱有關(guān)資料。 在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)有限元分析，并 應(yīng)用邊界條件、初值條件和負荷來解決 隧道掘進機管片在裝配和受力時強度、精度的計算分析。 四、總的工作任務(wù)，進度安排以及預(yù)期結(jié)果 總的工作任務(wù)： 撰寫論文 3 萬字 翻譯相關(guān)英文資料 1 篇 3000 字 進度安排 ： 2 月底 3 月 30 日：搜集資料，熟悉有限元軟件 4 月 1 日 4 月 21 日：完成建模 4 月 22 日 5 月 22 日：計算，分析，撰寫論文 5 月 22 日 6 月 10 日：論文修改，答辯 預(yù)期結(jié)果 ： 完成 3萬字的論文及翻譯 1篇相關(guān)的英文資料。完成對隧道掘進機裝配和受力的有限元分析，確定隧道掘進機管片在裝配和受力時強度、精度滿足生產(chǎn)的要求