一种高比刚度盾构机刀盘面板结构拓扑重构设计

摘要：

为提高盾构机刀盘面板结构的承载能力,提出了 一种考虑应力约束的高比刚度结构拓扑优化方法.首先,将多孔面板结构的开口率和强度作为约束条件,采用p范数将所有单元的局部应力凝聚为一个全局应力约束,限制多孔面板结构的最大全局应力,并以多孔面板结构的全局刚度最大化为优化目标,构建考虑最大全局应力的多约束拓扑优化模型;其次,通过移动渐近线优化算法求解该模型,获得多孔面板结构的优化拓扑构型;然后,采用水平集方法提取优化构型的清晰拓扑边界,并通过几何重构获取多孔面板结构模型;最后,以某型盾构机为例,设计了多孔面板结构,并开展了静力学有限元仿真分析.仿真结果表明:在相同开口率条件下,相较于原有结构,所设计多孔面板结构的刚度和强度分别提升了 7％和19.8％,承载能力得到了显著提高.所提出的方法能有效应用于盾构机面板结构的拓扑重构设计,丰富了盾构机刀盘面板结构的设计理论.

关键词：拓扑优化、盾构机、刀盘面板、应力约束、高比刚度

所属期刊栏目：57

分类号：TH122

资助基金：国家重点研发计划2018YFB1700703

在线出版日期：2023-07-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：86-94