隧道掘進(jìn)機(jī)概況及管片受力的有限元分析開(kāi)題報(bào)告

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告書(shū) 課題名稱 隧道掘進(jìn)機(jī) 概況及管片 受力的有限元分析 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 院（系）、專(zhuān)業(yè) 指導(dǎo)教師 2006 年 1 月 17 日 一、課 題的來(lái)源、目的意義（包括應(yīng)用前景）、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及水平 隨著我國(guó)加大基礎(chǔ)建設(shè)的投資和開(kāi)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(guó)幅員遼闊，尤其是西部山多，而交通又很不發(fā)達(dá)。開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)的高低在很大程度上取決于隧道長(zhǎng)度的修建水平。同樣隨著西部大開(kāi)發(fā)的加快，公路建設(shè)也向山區(qū)發(fā)展?，F(xiàn)代運(yùn)輸業(yè)的關(guān)鍵問(wèn)題是用提速來(lái)增加運(yùn)量和縮短時(shí)間，速度是運(yùn)輸業(yè)非常重要的指 標(biāo)之一。由于公路建設(shè)的特點(diǎn)及修建技術(shù)上的原因，多少年來(lái)公路在山區(qū)或半山區(qū)穿行時(shí)，多以盤(pán)山公路為主，汽車(chē)爬坡增加燃料費(fèi)用，雨季滑坡，坍方斷道，冬季雪封路使交通被迫中斷、翻車(chē)等事故頻繁，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)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(lái)一段時(shí)間內(nèi)，隧道工程的建設(shè)將是大量的。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，“十一五”及今后一段時(shí)間，我國(guó)調(diào)水工程涉及隧洞累計(jì)長(zhǎng)度將超過(guò) 800km，此外，我國(guó)在“十一五”及未來(lái) 10 年 中，鐵路、地鐵、公路、市政工程建設(shè)市場(chǎng)規(guī)模也相當(dāng)大，因此掘進(jìn)機(jī)技術(shù)具有廣大闊的市場(chǎng)空間，潛在需求巨大。但是目前我國(guó)水工隧洞建設(shè)使用的全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)主要依賴進(jìn)口，外匯耗費(fèi)數(shù)額巨大，因此依托國(guó)家工程建設(shè)潛在需求，開(kāi)發(fā) TBM 核心集成技術(shù)，發(fā)展我國(guó)高技術(shù)隧道掘進(jìn)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(hù)盾式 TBM（其既可以用于軟巖的掘進(jìn)，也可以用于硬巖的場(chǎng)合），與之配套的往往是連續(xù)安裝的管片支護(hù)。國(guó)內(nèi)外管片的安裝一般采用傳統(tǒng)的管片安裝機(jī)械手進(jìn)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(biāo)。護(hù)盾 式 TBM 隧洞施工中的管片設(shè)計(jì)、合理的管片安裝機(jī)械及安裝工藝進(jìn)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(jìn)度。因此，對(duì)管片形式、管片安裝機(jī)械及安裝工藝進(jìn)程進(jìn)行研究分析，尋求合理的解決方案，具有重要意義。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)管片結(jié)構(gòu)計(jì)算尚無(wú)一個(gè)公認(rèn)的、準(zhǔn)確的計(jì)算方法，計(jì)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(jì)算，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)、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(jì)算方法中又以自由變形圓環(huán)法為主。 國(guó)內(nèi)外管片的安裝一般采用傳統(tǒng)的管片安裝機(jī)械手進(jìn)行安裝。 Robbins 公司 TBM 的盾尾裝有機(jī)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(dòng)，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(zhǔn)備采取的措施 主要內(nèi)容： 通過(guò)有限元分析建立模型，分析確定隧道掘進(jìn)機(jī)管片在裝配和受力時(shí)強(qiáng)度，精度應(yīng)滿足的要求。 研究方法和準(zhǔn)備采取的措施： 利用有限元方法對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)裝配和受力進(jìn)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(wèn)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(wèn)題分解成節(jié)點(diǎn)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(duì)單元建立方程。 4. 將單元組合成總體的問(wèn)題，構(gòu)造總體剛度矩陣。 5. 應(yīng)用邊界條件、初值條件和負(fù)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(diǎn)的值，例如得到不同節(jié)點(diǎn)的位移量或熱傳遞問(wèn)題中的不同節(jié)點(diǎn)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(guò)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)， 本人已經(jīng)掌握了基本的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，對(duì)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(jìn)行了各種課程設(shè)計(jì)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)本次設(shè)計(jì)將會(huì)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(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地。學(xué)院圖書(shū)館收藏了許多有關(guān)專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)書(shū)籍和周刊，并且提供了網(wǎng)絡(luò)化的機(jī)房，可以在中國(guó)期刊網(wǎng)、維普網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、超星數(shù)字圖書(shū)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(fù)荷來(lái)解決 隧道掘進(jìn)機(jī)管片在裝配和受力時(shí)強(qiáng)度、精度的計(jì)算分析。 四、總的工作任務(wù)，進(jìn)度安排以及預(yù)期結(jié)果 總的工作任務(wù)： 撰寫(xiě)論文 3 萬(wàn)字 翻譯相關(guān)英文資料 1 篇 3000 字 進(jìn)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(jì)算，分析，撰寫(xiě)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(wàn)字的論文及翻譯 1篇相關(guān)的英文資料。完成對(duì)隧道掘進(jìn)機(jī)裝配和受力的有限元分析，確定隧道掘進(jìn)機(jī)管片在裝配和受力時(shí)強(qiáng)度、精度滿足生產(chǎn)的要求