隧道掘进机概况及管片受力的有限元分析开题报告

毕业设计（论文）开题报告书 课题名称 隧道掘进机 概况及管片 受力的有限元分析 学生姓名 学 号 院（系）、专业 指导教师 2006 年 1 月 17 日 一、课 题的来源、目的意义（包括应用前景）、国内外现状及水平 随着我国加大基础建设的投资和开发，发展交通和城市基础建设是关键。交通建设和城市基础建设也就是铁路和公路的建设以及城市的地铁建设和引水、排水工程。在这些建设中都加大了隧洞的建设。且我国幅员辽阔，尤其是西部山多，而交通又很不发达。开发西部，关键是交通。也就是铁路和公路的建设。铁路选线标准的高低在很大程度上取决于隧道长度的修建水平。同样随着西部大开发的加快，公路建设也向山区发展。现代运输业的关键问题是用提速来增加运量和缩短时间，速度是运输业非常重要的指 标之一。由于公路建设的特点及修建技术上的原因，多少年来公路在山区或半山区穿行时，多以盘山公路为主，汽车爬坡增加燃料费用，雨季滑坡，坍方断道，冬季雪封路使交通被迫中断、翻车等事故频繁，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。因此，在铁路和公路建设中都加大隧洞的建设。除了公路和铁路建设要修建大量的隧道外，城市的地铁建设和引水工程也需要修建大量的隧道洞，因此在将来一段时间内，隧道工程的建设将是大量的。 据不完全统计，“十一五”及今后一段时间，我国调水工程涉及隧洞累计长度将超过 800km，此外，我国在“十一五”及未来 10 年 中，铁路、地铁、公路、市政工程建设市场规模也相当大，因此掘进机技术具有广大阔的市场空间，潜在需求巨大。但是目前我国水工隧洞建设使用的全断面岩石掘进机主要依赖进口，外汇耗费数额巨大，因此依托国家工程建设潜在需求，开发 TBM 核心集成技术，发展我国高技术隧道掘进技术和成套装备尤显重要。 在隧道工程中，如果使用的是护盾式 TBM（其既可以用于软岩的掘进，也可以用于硬岩的场合），与之配套的往往是连续安装的管片支护。国内外管片的安装一般采用传统的管片安装机械手进行安装。提高管片安装的效率与质量一直是隧道工程界的目标。护盾 式 TBM 隧洞施工中的管片设计、合理的管片安装机械及安装工艺进程、正确的施工荷载确定等都关系到管片的安装质量并最终影响到TBM 隧洞施工的总体进度。因此，对管片形式、管片安装机械及安装工艺进程进行研究分析，寻求合理的解决方案，具有重要意义。 目前国内外对管片结构计算尚无一个公认的、准确的计算方法，计算中以结构力学法为主，再辅以有限元法、特性曲线法分析计算，结合工程经验、规范要求确定管片的尺寸、配筋和联结方式等。而在荷载结构法中的众多计算方法中又以自由变形圆环法为主。 国内外管片的安装一般采用传统的管片安装机械手进行安装。 Robbins 公司 TBM 的盾尾装有机械式抓取的回转式砌块安装器。安装器的臂可沿隧道轴线作纵向移动，使管片能放在精确的轴向位置处。 二、课题研究的主要内容、研究方法或工程技术方案和准备采取的措施 主要内容： 通过有限元分析建立模型，分析确定隧道掘进机管片在装配和受力时强度，精度应满足的要求。 研究方法和准备采取的措施： 利用有限元方法对隧道掘进机装配和受力进行分析。 有限元方法是广泛用于解决应力分析，传热学，电磁学和流体力学等工程问题 数值方法。其分 析研究步骤如下： 预处理阶段 1. 建立求解域并将之离散化成为有限元，即将问题分解成节点和单元。 2. 假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解的近似连续函数。 3. 对单元建立方程。 4. 将单元组合成总体的问题，构造总体刚度矩阵。 5. 应用边界条件、初值条件和负荷。 解决阶段 6. 求解线性或非线性的微分方程组，以得到节点的值，例如得到不同节点的位移量或热传递问题中的不同节点的温度值。 后处理阶段 7. 得到其他重要信息。例如主应力、热量等 ： 三、现有基础和具备的条件 通过大学四年的学习， 本人已经掌握了基本的专业知识，对本课题的相关学科有一定的了解，具有了相关的理论基础。学校还组织进行了各种课程设计，积累了一定的经验，对本次设计将会有很大的帮助。学校提供了大量的相关资料、技术支持以及实验设备和实验场地。学院图书馆收藏了许多有关专业方面的知识书籍和周刊，并且提供了网络化的机房，可以在中国期刊网、维普网、万方数据库、超星数字图书馆等网站查阅有关资料。 在指导老师的指导下，学习有限元分析，并 应用边界条件、初值条件和负荷来解决 隧道掘进机管片在装配和受力时强度、精度的计算分析。 四、总的工作任务，进度安排以及预期结果 总的工作任务： 撰写论文 3 万字 翻译相关英文资料 1 篇 3000 字 进度安排 ： 2 月底 3 月 30 日：搜集资料，熟悉有限元软件 4 月 1 日 4 月 21 日：完成建模 4 月 22 日 5 月 22 日：计算，分析，撰写论文 5 月 22 日 6 月 10 日：论文修改，答辩 预期结果 ： 完成 3万字的论文及翻译 1篇相关的英文资料。完成对隧道掘进机装配和受力的有限元分析，确定隧道掘进机管片在装配和受力时强度、精度满足生产的要求