强振动环境下缠绕式液压胶管流固耦合特性

针对TBM破岩过程产生基础振动对液压胶管内流体动态特性影响,根据层合板理论建立缠绕式液压胶管振动梁模型,并结合轴向流固耦合模型建立胶管轴向振动动力学模型。运用特征线法求解该数学模型,研究基础振动参数和胶管结构参数对流体响应特性影响,发现胶管出口压力波动幅值随基础振动振幅呈线性增加的趋势,随振动频率增加,在40 Hz左右达到最大,此时振动频率接近系统固有频率;胶管出口压力峰值随液压胶管长度增加而减小,胶管内径在8 mm到30 mm变化时,其先增大后减小,随泊松比增大而增大。研究结果表明振动沿胶管轴向分量加强了流体与胶管互动效应,可为TBM液压管系设计和抗振提供理论依据。

轴向基础振动对缠绕式液压胶管沿程压力衰减特性影响

液压胶管在硬岩掘进机(TBM)液压系统中大量使用,管内流体动力学行为影响系统的安全可靠性。为了得到振动环境下管内流体压力沿管长方向的衰减特性,基于复合材料经典层合板理论和流固耦合理论,建立缠绕式胶管轴向振动的流固耦合模型,得到沿胶管管长方向压力损失的数值计算公式,通过仿真与实验研究振动参数、结构参数和流体参数对压力衰减特性的影响,研究结果表明:沿程压力损失的幅值随着基础振动振幅的增加呈线性增长,随振动频率的增加而增加;随胶管管长和管径的增加,沿程损失波动的程度减弱;随流速的增加,沿程压力损失的波动比减小,流体黏度对沿程压力损失波动的影响较小。研究结果可为TBM管系设计和抗振设计提供理论依据。

振动环境下液压胶管疲劳寿命分析

在硬岩掘进机(TBM)掘进过程中,液压胶管长期处于振动环境会引起胶管的疲劳破坏,因此液压胶管的选型对TBM设计及施工具有重要意义。运用经典层合板理论建立缠绕式和编织式两种液压胶管在振动载荷和油压载荷下的数学模型。仿真试验研究得到了油压及振动参数对胶管疲劳寿命的影响,结果表明:(1)在无基础振动环境下,缠绕式胶管疲劳寿命优于编织式胶管;在有基础振动条件下,编织液压胶管疲劳寿命优于缠绕液压胶管;(2)当胶管发生疲劳破坏后,胶管疲劳寿命与振幅呈近似线性关系,振动频率越靠近胶管共振频率,胶管寿命越低;可知在同等基础振动条件下,编织式液压胶管的疲劳寿命均高于缠绕式液压胶管的疲劳寿命。

轴向振动对液压胶管出口压力波动影响

为了提升和改进硬岩掘进机工作时液压胶管内流体能量的传递特性,基于复合材料层合板理论和流固耦合理论,建立了缠绕式胶管轴向振动流固耦合模型.仿真和实验研究了振动参数、结构参数和流体参数对胶管出口压力波动影响.研究结果表明：当基础振动频率在40Hz附近时,出口压力波动幅值最大,此时激振频率接近胶管固有频率,出口压力波动幅值在一定范围随振动幅值呈线性增长;胶管长度对出口压力波动影响强于胶管内径;随着流体流速增加,胶管出口压力波动幅值逐渐减小,流体黏度对压力波动影响较小.