基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2016.08.017

东北大学学报:自然科学版 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (8): 1144-1148.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2016.08.017

基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算

孙伟，朱晔，凌静秀，霍军周

(大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024)

收稿日期:2015-03-23 修回日期:2015-03-23 出版日期:2016-08-15 发布日期:2016-08-12
通讯作者: 孙伟
作者简介:孙伟(1967-)，男，黑龙江哈尔滨人，大连理工大学教授.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51375001)；国家重点基础研究发展计划项目(2013CB035400).

Split Cutter Head Reliability Calculation Based on Crack Failure Regions

SUN Wei， ZHU Ye， LING Jing-xiu， HUO Jun-zhou

School of Mechanical Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China.

Received:2015-03-23 Revised:2015-03-23 Online:2016-08-15 Published:2016-08-12
Contact: ZHU Ye
About author:-
Supported by:
-

摘要/Abstract

摘要： 全断面岩石掘进机(tunnel boring machine， TBM)工作时刀盘表面会产生大量裂纹，针对这种情况提出一套裂纹区域划分法，在此基础上建立可靠度计算模型.首先，根据受力及结构形式的不同划分刀盘易发生裂纹的危险区域，然后运用雨流计数法获取应力幅值.以裂纹疲劳损伤累积为基本变量，创建TBM刀盘裂纹扩展形式的可靠度计算模型.以中天山隧道工程TBM刀盘为例，刀盘易发生裂纹的部位可划分为10个区域.TBM掘进4km时可靠度的计算结果与实际工程相符.刀座焊接处最易发生疲劳破坏，维修时应采取措施防止其裂纹扩展.

关键词: 刀盘裂纹, 可靠度, 刀盘分区, 应力幅值

Abstract: A calculation model of reliability was developed based on the method of dividing crack regions on the surface of TBM (tunnel boring machine )cutter head. The dangerous area was divided on the basis of different stress and structure， and the stress amplitude spectrum was obtained by rain-flow counting. To calculate the reliability， a model of cracks extension was built with crack fatigue damage accumulation as basic variable. For example， dangerous areas of the TBM cutter head used on Zhongtianshan tunnel engineering were divided into 10 according to crack-resistance， and the calculated reliability in TBM tunneling for 4km was consistent with the reality. At this stage， fatigue damage most likely occurred on cutter saddle welding， therefore， measures should be taken to prevent the crack growth during repairs.

Key words: cutter head cracks, reliability, cutter head region division , stress amplitude

中图分类号:

TH113.1

孙伟，朱晔，凌静秀，霍军周. 基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(8): 1144-1148.

SUN Wei， ZHU Ye， LING Jing-xiu， HUO Jun-zhou. Split Cutter Head Reliability Calculation Based on Crack Failure Regions[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2016, 37(8): 1144-1148.

参考文献

[1]水利部科技推广中心.全断面岩石掘进机(TBM)［M］.北京:石油工业出版社，2005:76-77.(Promotion Center for Science & Technology Achievements of Ministry of Water Resources.Full face rock tunnel boring machine(TBM)［M］.Beijing:Petroleum Industry Press，2005:76-77.)
[2]王梦恕.中国铁路、隧道与地下空间发展概况［J］.隧道建设，2010，30(4):351-364. (Wang Meng-shu.An overview of development of railways tunnels and underground works in China［J］.Tunnel Construction，2010，30(4):351-364.)
[3]张启君，张忠海，张宏，等.对国内隧道盾构掘进机技术与市场需求量的探讨［J］.非开挖技术，2003(4):76-80.(Zhang Qi-jun，Zhang Zhong-hai，Zhang Hong，et al.Discussion on shield technology and market demand in China［J］.Trenchless Technology，2003(4):76-80.)
[4]钱七虎，李朝甫，傅德明.隧道掘进机在中国地下工程中应用现状及前景展望［J］.地下空间与工程学报，2002，22(1):1-11.(Qian Qi-hu，Li Chao-fu，Fu De-ming.The present and prospect of application of tunneler in China’s underground engineering［J］.Underground Space，2002，22(1):1-11.)
[5]李宏亮.TB880E型岩石掘进机刀盘开裂原因分析及修复方法［J］.工程机械，2010，41(3):62-67.(Li Hong-liang.Trouble shooting for cutter disk cracking of model TB880E rock tunneler［J］.Construction Machinery and Equipment， 2010，41(3):62-67.)
[6]王雁军.TBM主轴承故障成因分析及维保技术［J］.国防交通工程与技术，2011(2):46-49.(Wang Yan-jun.Analysis of the causes of failures of the main bearing of the TBM and maintenance techniques for it［J］.Traffic Engineering and Technology for National Defense， 2011 (2):46-49.)
[7]齐梦学，王雁军，李宏亮.敞开式掘进机全面整修技术研究与应用［J］.现代隧道技术，2009，46(4):64-70.(Qi Meng-xue，Wang Yan-jun，Li Hong-liang.Research and application of overall refit of open type TBM［J］.Modern Tunnelling Technology， 2009，46(4):64-70.)
[8]Zhang Z X，Kou S Q，Tan X C，et al.In-situ measurements of cutter forces on boring machine at sp hard rock laboratory［J］.Rock Mechanics and Rock Engineering， 2003，36(1):39-61.
[9]Samuel S.Disc force measurements on a full-face tunneling machine［J］. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts，1984，21(2):83-96.
[10]Xia Y M，Ouyang T，Zhang X M，et al.Mechanical model of breaking rock and force characteristic of disc cutter［J］.Journal of Central South University， 2012，19(7):1846-1852.
[11]谭青，徐孜军，夏毅敏，等.2种切削顺序下TBM刀具破岩机理的数值研究［J］.中南大学学报，2012，43(3):940-946.(Tan Qing，Xu Zi-jun，Xia Yi-min，et al.Numerical study on mode of breaking rock by TBM cutter in two cutting orders［J］. Journal of Central South University， 2012，43(3):940-946.)
[12]Lin X B，Smith R A.Finite element modeling of fatigue crack growth of surface cracked plates.part I:the numerical technique［J］.Engineering Fracture Mechanics，1999，63(5):503-522.
[13]Bowness D，Lee M M K.Prediction of weld toe magnification factors for semi-elliptical cracks in T-butt joints［J］.International Journal of Fatigue， 2000，22 (5):369-387.
[14]赵传宇.CFL加固钢板中表面裂纹扩展规律研究［D］.广州:华南理工大学，2013.(Zhao Chuan-yu.Study on surface crack propagation behavior in steel plate strengthened with CFL［D］.Guangzhou:South China University of Technology，2013.)
[15]Yang J N，Salivar G C，Annis C G.Statistical modeling of fatigue-crack growth in a nickel-base superalloy［J］.Engineering Fracture Mechanics，1983，18(2):257-270.
[16]李振华.起重机金属结构疲劳寿命预测与疲劳可靠性研究［D］.成都:西南交通大学，2009.(Li Zhen-hua.Study on fatigue life prediction and fatigue reliability of the metal structure of crane［D］.Chengdu:Southwest Jiaotong University，2009.)
[17]杨静.TBM刀盘系统振动特性分析与掘进现场测试研究［D］.大连:大连理工大学，2014.(Yang Jing.Vibration characteristics analysis of TBM cutter-head system and research on tunneling testing［D］.Dalian:Dalian University of Technology，2014.)

基于裂纹失效区域的分体式刀盘可靠性计算

Split Cutter Head Reliability Calculation Based on Crack Failure Regions

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	乔丽苹，卢卫莉，闵忠顺，王者超. 地下水封洞库围岩块体稳定性与支护可靠性分析[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2023, 44(4): 544-550.
[2]	孙尧，孙志礼，周杰，王健. 多状态多阶段任务系统的可靠度理论计算方法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(5): 689-695.
[3]	康玉梅，李佳其，刘子傲，于佳月. 基于概率密度演化方法的装配式箱涵构件可靠度研究[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2021, 42(12): 1782-1789.
[4]	杨周，姜超，张义民，姜红猛. 采煤机截割部扭矩轴的动态可靠性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(2): 217-222.
[5]	康玉梅，刘子傲，吴鹏飞. 考虑荷载作用顺序的结构可靠度分析方法[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(11): 1648-1653.
[6]	恩溪弄，张义民，黄贤振. 车削颤振时变可靠性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(10): 1442-1447.
[7]	涂宏茂，孙志礼，姬广振，钱云鹏. 考虑失效模式相关性的机械系统可靠性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2017, 38(10): 1453-1458.
[8]	张义民，王昊，曹辉，杨周. 基于有限元法的数控车床主轴系统频率可靠性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2015, 36(8): 1155-1159.
[9]	石博强，唐歌腾. 井下车用零件多裂纹扩展的时变可靠性分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2014, 35(1): 97-100.
[10]	孙艳蕊. 带时间和成本约束的随机流网络可靠度的计算[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2013, 34(11): 1537-1541.
[11]	李鹤;张杰;张磊;闻邦椿;. 起重机械制动器可靠度的不确定性分析[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2011, 32(9): 1295-1298.
[12]	李景奎;张义民;. 正态分布连续体结构可靠性拓扑优化设计[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2011, 32(9): 1304-1307.
[13]	闫明;张义民;孙志礼;李鹤;. 机械零件相关失效可靠度及灵敏度计算的Monte Carlo方法[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2011, 32(6): 834-837.
[14]	孙艳蕊;毕继国;张祥德;. 计算有圈有向网络根通信可靠度的因子分解算法[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2010, 31(4): 486-489.
[15]	高鹏;谢里阳;. 考虑载荷统计方法的可靠度计算模型[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2010, 31(2): 249-252.