一种基于互联网＋盾构机刀盘模块配置设计方法技术

一种基于互联网+盾构机刀盘模块配置设计方法，先建立盾构机刀盘模块库，然后确定盾构机工作环境以及技术要求，再建立盾构机刀盘匹配规则库，然后进行盾构机刀盘刀具布置，再建立盾构机刀盘面板特征生成模型，最后进行光滑圆整处理；本发明专利技术将盾构机面板设计与互联网技术结合，提高了设计的效率与质量。提高了设计的效率与质量。提高了设计的效率与质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于互联网+盾构机刀盘模块配置设计方法


[0001]本专利技术属于盾构机刀盘设计
，具体涉及一种基于互联网+盾构机刀盘模块配置设计方法。

技术介绍

[0002]随着城市地下基建的需求的日益增加，盾构机得到了广泛的应用，盾构刀盘位于盾构最前方，具有切削土体、稳定开挖面等功能，刀盘面板带工作时承受多种冲击振动极易磨损消耗，在使用过程中需要不断进行更换，而且盾构机在不同的地质条件下工作时刀盘面板需要重新设计，因此盾构机刀盘面板是盾构机设计的关键部件之一。
[0003]随着智能制造技术的蓬勃升起，数字化结构设计受到广泛的应用，采用建立由物理场驱动的优化模型，所设计的结构无需进行繁杂的设计、模拟、改进再设计过程，即可得到最优设计结构，并且这种以物理场驱动的数字化结构设计方式，大大增加了互联网技术与之结合的可能性。
[0004]由于每个地区的地质条件相差交很大，盾构机设计制造时需要考虑不同的地质条件，选择不同的盾构机形式、不同的刀盘刀具、不同的刀盘刀具组合配置以及不同的刀盘结构等，这种反复的设计工作如果采用以往传统的经验设计不仅消耗工程投资，而且使工程周期延长；于此对立的是较大差异化的地质条件使得盾构机面板结构的需求变得多样化、复杂化，使得产品的生命周期变得越来越短。
[0005]现阶段随着网络化、信息化的快速发展，不仅促进了标准化、定制化技术的日益发展，而且使企业与用户之间的距离迅速缩短，企业内部设计信息与技术的存贮与重用成为可能，盾构机作为大型机械设备，如果不与信息化的技术结合，势必难以满足市场的需求。

技术实现思路

[0006]为克服上述技术存在的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种基于互联网+盾构机刀盘模块配置设计方法，将盾构机面板设计与互联网技术结合，提高了设计的效率与质量。
[0007]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]一种基于互联网+盾构机刀盘模块配置设计方法，包括以下步骤：
[0009]1)建立盾构机刀盘模块库：
[0010]1.1)模块属性建模：
[0011]建立刀盘数据库，将历史盾构机刀盘设计案例信息储存，盾构机刀盘的子模块例也进行储存，用来作为新刀盘匹配的子模块库，辅以互联网技术，进行所有子模块以及刀盘历史案例互通共享；模块属性建模负责实现模块查询、模块发布、模块统计三大功能；模块属性建模的实现首先是要构建模块库，模块库的建立需要录入模块信息，上传模块文件，模块文件包括模块的各种模型图；
[0012]1.2)模块结构划分：
[0013]盾构机刀盘由多个零部件组成，每个零部件看成一个子模块，每个刀盘划分出来
共用的子模块来储存在系统的模块库中，模块结构划分负责实现只需要输入被划分的模块名称就得到结构划分后的结果；
[0014]2)确定盾构机工作环境以及技术要求：
[0015]系统前端页面接收用户的相关地勘报告结果以及盾构机设计文件，录入系统，作为设计要求；
[0016]3)建立盾构机刀盘匹配规则库：
[0017]在进行刀盘配置时，需要建立相应的配置规则库，用来试别不同地质参数配置合适的盾构机刀盘子模块，配置规则定义负责实现配置规则的手动输入和配置规则的自动生成，通过建立决策树、决策表来实现配置规则的自动生成；对决策树分类器进行训练得到决策树后遍历每条从根节点到叶子节点的路径获取配置规则，再与从决策表中提取的配置规则进行对比约减得到最后的配置规则；
[0018]4)盾构机刀盘刀具布置：
[0019]盾构机刀盘刀具布置不仅能确定盾构机刀盘各个刀具子模块的具体数量以及在盾构机刀盘面板上的布置位置，也作为力学仿真的边界条件用来生成面板结构；依据系统前端页面接收到的用户输入信息，再经由配置规则获取到盾构机相关子模块的信息，并在模块库取得相关模块的具体参数，经由用户在前端页面修正后得到盾构机外径d0，刀具最大切削直径d1，刀具的重合量为e，刀盘辐条数n，边切削刀宽度b2等参数，进而进行刀盘刀具的布置，计算各个子模块的数量以及在刀盘的具体位置，确定盾构机刀盘面板力学仿真模型；
[0020]5)建立盾构机刀盘面板特征生成模型：
[0021]5.1)建立盾构机刀盘面板特征生成设计域拓扑模型：
[0022]根据确定的刀盘结构建立设计域拓扑模型，采用的特征生成设计方法以各向同性的伪密度单元为结构优化的最小单位，设计域被表征为紧密排列的伪密度单元；以单元的伪密度值x作为设计变量，其反映了材料密度与材料性质之间对应关系；伪密度值的1和0分别代表了该位置结构的有无，设计变量场x＝{x1,x2,...,x
i
,...}
T
表征了设计域中的结构分布，按伪密度赋值定义结构的设计域以及非设计域；
[0023]5.2)建立特征生成设计方法数学模型：
[0024]结构设计目标是确定盾构机刀盘面板刀具所受切削力传递到牛腿法兰与面板固定点的最佳结构路径，设计目标为面板结构的刚度最大，因此优化数学模型的目标函数为c(x)，约束函数为盾构机面板的开口率即设计域最终材料体积分数f，确定面板材料，基于上述的目标和约束，建立如下的特征生成设计方法数学模型：
[0025][0026][0027]KU＝F
[0028]0≤x
min
≤x≤1
[0029]式中：x
e
为单元密度，即设计变量；U为位移矩阵；K为刚度矩阵；V
(x)
为结构体积；V0为总体积；f为体积分数；u
e
为单元位移矢量；k0为单元刚度矩阵；p是惩罚因子；
[0030]5.3)特征生成设计方法敏度分析：
[0031]进行迭代算法前需要对目标函数进行相对于设计变量的敏度分析，盾构机刀盘面板有多受力点，因此在进行敏度分析时需将这i个受力点的单元位移量累加起来，最终的敏度函数如下：
[0032][0033]式中：u
ei
为第i个受力点作用下的单元位移矢量；
[0034]5.4)盾构机面板结构迭代优化：
[0035]通过材料伪密度值的不断迭代优化获得最佳的结构模型，将前述步骤中建立特征生成设计方法获得到的设计变量、目标函数、约束函数及其关于设计变量的敏度作为输入，使用基于梯度的OC算法对特征生成设计方法数学模型进行优化，更新设计变量，直至目标函数在满足约束条件的情况下收敛为止，从而获得满足材料用量的最佳面板结构；
[0036]6)光滑圆整处理：
[0037]对优化设计出的盾构机面板结构进行光滑圆整处理，再根据加工工艺要求以及制造装配要求进一步修改以得到最终设计。
[0038]本专利技术具有如下有益结果：
[0039]由于本专利技术首创性的提出了根据地质参数、施工技术要求等信息由系统自动配置盾构机面板的相关子模块，并根据配置结构采用特征生成式设计输出合理的盾构机面板结构，整个过程大大降低了设计人员的工作任务，缩短了工程周期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于互联网+盾构机刀盘模块配置设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立盾构机刀盘模块库：1.1)模块属性建模：建立刀盘数据库，将历史盾构机刀盘设计案例信息储存，盾构机刀盘的子模块例也进行储存，用来作为新刀盘匹配的子模块库，辅以互联网技术，进行所有子模块以及刀盘历史案例互通共享；模块属性建模负责实现模块查询、模块发布、模块统计三大功能；模块属性建模的实现首先是要构建模块库，模块库的建立需要录入模块信息，上传模块文件，模块文件包括模块的各种模型图；1.2)模块结构划分：盾构机刀盘由多个零部件组成，每个零部件看成一个子模块，每个刀盘划分出来共用的子模块来储存在系统的模块库中，模块结构划分负责实现只需要输入被划分的模块名称就得到结构划分后的结果；2)确定盾构机工作环境以及技术要求：系统前端页面接收接收用户的相关地勘报告结果以及盾构机设计文件，录入系统，作为设计要求；3)建立盾构机刀盘匹配规则库：在进行刀盘配置时，需要建立相应的配置规则库，用来试别不同地质参数配置合适的盾构机刀盘子模块，配置规则定义负责实现配置规则的手动输入和配置规则的自动生成，通过建立决策树、决策表来实现配置规则的自动生成；对决策树分类器进行训练得到决策树后遍历每条从根节点到叶子节点的路径获取配置规则，再与从决策表中提取的配置规则进行对比约减得到最后的配置规则；4)盾构机刀盘刀具布置：盾构机刀盘刀具布置不仅能确定盾构机刀盘各个刀具子模块的具体数量以及在盾构机刀盘面板上的布置位置，也作为力学仿真的边界条件用来生成面板结构；依据系统前端页面接收到的用户输入信息，再经由配置规则获取到盾构机相关子模块的信息，并在模块库取得相关模块的具体参数，经由用户在前端页面修正后得到盾构机外径d0，刀具最大切削直径d1，刀具的重合量为e，刀盘辐条数n，边切削刀宽度b2等参数，进而进行刀盘刀具的布置，计算各个子模块的数量以及在刀盘的具体位置，确定盾构机刀盘面板力学仿真模型；5)建立盾构机刀盘面板特征生成模型：5.1)建立盾构机刀盘面板特征生成设计域拓扑模型：根据确定的刀...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏磊，宋晨旭，张跃，李宝童，洪军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：