大国重器——全断面岩石隧道掘进机振动机理及智能抗振减振设计

本书是一部针对全断面隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）主机系统抗振减振设计中的若干关键问题及设计理论、方法的专著。本书针对TBM主机系统特别的掘进环境，立足于TBM主机系统振动机理以及抗振设计理论，综合考虑TBM主机系统的复杂地质适应性及非标定制设计要求，对TBM主机系统中的滚刀受力预测模型、主机系统动态特性、主机掘进性能虚拟样机、主机系统结构抗振优化设计、主机磁流变减振技术等方面的理论难点和关键技术进行了系统而深入的研究，采用数值仿真与物理实验相结合的策略，运用岩石力学、机械设计学、优化设计方法等理论和方法，结合新型减振技术提出TBM主机系统抗振减振适应性设计方法。针对合作单位的实际工程项目，运用上述理论方法和技术进行TBM主机系统抗振减振设计。本书主要立足于TBM主机系统振动机理这一科学难点以及TBM主机系统抗振新原理这一关键专有技术，深入地介绍了TBM主机系统抗振设计的若干关键技术。本书紧密结合现代最优选的机械设计方法和技术以及工程实际应用，既适合隧道掘进相关领域的科研人员和工程技术人员阅读，又可作为高等院校师生的参考书。

第一章 国内外研究现状
1.1 全断面隧道掘进机发展研究现状
1.2 滚刀破岩机理研究现状
1.3 滚刀受力预测模型研究现状
1.4 动力学模型的建模及求解方法研究现状
1.4.1 有限元法建模
1.4.2 集中质量法建模
1.4.3 系统动力学模型的求解
1.5 TBM动力学建模研究现状
1.5.1 滚刀系统
1.5.2 驱动系统
1.5.3 推进系统
1.6 磁流变阻尼器技术研究现状
参考文献
第二章 TBM主机耦合系统激励研究
2.1 滚刀群多阶段空间联合破岩预测模型
2.1.1 密实核破岩机理
2.1.2 基于密实核理论的滚刀群多阶段空间联合破岩机理
2.1.3 滚刀群多阶段空间联合破岩受力预测模型
2.2 不确定性因素下的刀盘滚刀载荷模型
2.2.1 TBM刀盘系统的不确定性分析
2.2.2 考虑不确定性因素的刀盘载荷计算方法
参考文献
第三章 TBM主机系统耦合动力学模型
3.1 滚刀系统耦合动力学模型
3.1.1 滚刀弯-轴-摆耦合动力学模型
3.1.2 轴承多变量耦合接触模型
3.1.3 滚刀系统力学模型参数计算方法
3.2 含多结合面的滚刀-刀座系统多自由度耦合动力学模垂
3.2.1 滚刀刀座系统受力分析
3.2.2 滚刀-刀座系统动力学等效模型
3.2.3 结合面解析参数模型
3.2.4 滚刀-刀座系统振动模型动力学参数的计算方法
3.3 TBM主机系统多自由度耦合动力学模型
3.3.1 TBM刀盘系统等效动力学模型
3.3.2 TBM推进支撑系统动力学模型
3.3.3 主机系统振动模型中主要参数的计算方法
3.4 典型TBM的主要动力学参数
3.4.1 滚刀-刀座系统主要参数
3.4.2 TBM主机系统主要参数
参考文献
第四章 TBM主机系统机电耦合动力学模型
4.1 TBM主驱动系统动力学模型的建立
4.2 TBM主驱动系统控制模型的建立
4.3 TBM主驱动系统机电耦合关系的建立
参考文献
第五章 TBM主机系统耦合动力学数值求解方法
5.1 Newmark法
5.2 Runge—Kutta法
5.3 非线性动力学方程的精细时程积分法
5.4 考虑不确定性的数值求解处理
参考文献
第六章 TBM主机系统耦合动力学的计算机仿真
6.1 滚刀破岩仿真
6.1.1 滚刀的结构和承载形式分析
6.1.2 滚刀破岩仿真模型
6.1.3 滚刀载荷仿真结果和分析
6.2 TBM主机系统动力学仿真
6.2.1 TBM主机系统的结构和工作原理
6.2.2 主机系统振动仿真模型
参考文献
第七章 TBM主机系统耦合动力学实验及现场实测
7.1 滚刀线切割实验方法
7.1.1 实验样件设计
7.1.2 整体实验方案设计
7.1.3 实验结果及分析
7.2 多轴加载刀座振动实验方法
7.2.1 实验样件设计
7.2.2 整体实验方案设计
7.2.3 实验结果及分析
7.3 掘进现场振动检测
7.3.1 检测装置选型及方案构建
7.3.2 数据采集及后处理
7.3.3 数据分析及讨论
7.3.4 检测数据与理论结果对比
参考文献
第八章 TBM主机系统耦合振动的基本特性
8.1 滚刀系统动态特性研究
8.1.1 滚刀系统固有特性分析
8.1.2 内外激励下滚刀系统的动态响应分析
8.1.3 侧向载荷系数对滚刀动态响应的影响
8.2 滚刀-刀座联结结构动态特性
8.2.1 系统各部件的振动时域响应
8.2.2 各部件载荷的时域响应
8.3 TBM主机系统耦合动态特性
8.3.1 刀盘系统的固有特性及灵敏度分析
8.3.2 空间多点分布载荷作用下刀盘系统的动态响应
8.3.3 主驱动系统机电耦合模型与传统模型对比
8.4 基于ADAMS仿真模型的主机系统动态特性分析
8.4.1 时域振动分析
8.4.2 频域振动分析
参考文献
第九章 不同因素影响下的TBM主机系统动力学特性
9.1 不同因素影响下的滚刀-刀座系统振动响应
9.1.1 结合面对刀座振动响应的影响
9.1.2 结合面阻尼系数对刀座振动响应的影响
9.2 不同因素影响下的主机系统动力学行为
9.2.1 刀盘的结构形式
9.2.2 驱动齿轮的布置形式
9.2.3 刀盘转速
9.2.4 典型掘进工况下TBM动力学特性
参考文献
第十章 TBM主机系统抗振优化设计
10.1 新型滚刀抗振结构设计
10.1.1 新型滚刀整体方案设计
10.1.2 新型滚刀关键结构件设计
10.1.3 新型滚刀装配工艺设计
10.1.4 新型滚刀振动特性
10.2 刀座联结结构优化设计
10.2.1 刀座联结结构优化设计方案
10.2.2 改进刀座系统的振动特性
10.3 主机系统主参数抗振设计
10.3.1 螺栓预紧力对刀座振动响应的影响
10.3.2 结合面面积对刀座振动响应的影响
10.3.3 刀盘分块质量优化设计
10.3.4 刀盘分瓣形式分析
参考文献
第十一章 TBM主机新型磁流变阻尼减振系统设计
11.1 TBM磁流变系统灵敏度分析
11.1.1 护盾油缸处敏感性分析
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