1、盾構機(TBM)是被普遍用于隧道掘進的設備。由于現實工程的復雜性及現有理論的局限性，試驗臺的模擬試驗成了設計、施工、掘進參數改進的高效途徑。通過對國內外研究現狀了解后，初步研制試驗臺樣機模型;為保證實驗的可靠性與準確性，對樣機模型進行有限元分析;找出其不足，對其進行優(yōu)化設計，為試驗提供可靠的試驗平臺。本文主要內容如下:
　　(1)通過脆性硬巖破碎機理的研究，著重研究靜壓、滾壓作用下巖石破碎理論與破巖力學模型;研究破巖滾刀的相關參數

2、、鉆掘參數和巖土參數等，為不同工況下切削力計算、試驗臺加載參數提供相關理論依據。
　　(2)通過相關力學模型計算出極限工況下的切削力，確定試驗臺的合理加載參數范圍與試驗臺總體設計方案;建立試驗臺樣機三維模型，并對試驗臺進行結構分析。
　　(3)對主體結構進行極限工況下的靜力、模態(tài)、諧響應分析;了解到其固有頻率范圍為:97.202～559.39 Hz;最大變形X方向，位移峰值達0.24174 mm;其動剛度只有41.37 kN

3、/mm;最大靜應力為20.372MPa，發(fā)生在橫梁;而床體的應力與變形位移都非常小;綜合位移、應力、頻率、振型、幅頻特性曲線等結果，發(fā)現以下不足:1）立柱、橫梁X方向上的變形位移相對較大，動靜剛度明顯不足;2）床體設計存在剛度—質量比不合理因素。
　　(4)當材料、外壁與筋板厚尺寸參數確定的前提下，對十字交叉型、十字型、米字型、拱型和米字圓筒型五種筋板截面形狀的橫梁，進行動靜特性比較、分析，得出米字型筋板截面的剛度—質量比為最優(yōu)。

4、選取三個尺寸參數作為設計變量、六個約束條件與四個目標函數，對立柱進行基于響應面和遺傳算法的多目標優(yōu)化設計;得到其輸入、輸出變量之間靈敏度關系、響應曲面及三組最優(yōu)候選解集，并對優(yōu)化尺寸值進行了修正;利用結構拓撲優(yōu)化對床體結構進行優(yōu)化設計，重量減少10.7％;將優(yōu)化后主體結構進行相同約束、載荷條件下比較、分析，結果表明:其靜動特性明顯提高，保證其靜剛度大于100 kN/mm的要求;最后，利用電阻應變測試了試驗臺結構變形位移。
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