TBM液压管道等效固有频率及稳定性研究

周井行，张怀亮,2，齐征宇

(1.中南大学 机电工程学院，长沙 410083；2.中南大学 高性能复杂制造国家重点实验室，长沙 410083）



TBM液压管道等效固有频率及稳定性研究

周井行1，张怀亮1,2，齐征宇1

(1.中南大学 机电工程学院，长沙 410083；2.中南大学 高性能复杂制造国家重点实验室，长沙 410083）

摘要：针对TBM掘进过程中产生的基础振动对液压长管道稳定性的影响，选取长管道相邻两固定支承及其之间的管道作为一个单元，建立基础振动下管道单元的非线性微分方程，并通过实验验证振动微分方程的正确性，运用等价线性化推导出管道的等效固有频率的数学模型。研究输流管道系统固有频率与稳定性的相关性，分别讨论流体参数和结构参数对等效固有频率的影响规律。结果表明：利用等效固有频率能很好地反映系统的稳定性，两者相关系数大于0.85。随着流速、压力及单元管长、内径的增大或刚度、壁厚的减小，管道系统的等效固有频率降低，系统稳定性降低；随着基础振动的增大，系统等效固有频率越低，越容易失稳。

关键词：振动与波；液压管道；稳定性；基础振动；等效固有频率

硬岩掘进机(TBM)是专用于硬岩隧道掘进的专业化装备[1]。因硬岩地质环境的影响，在其作业过程中不可避免地会产生强烈的振动[2]，强振动容易导致液压管路不稳定，严重时甚至导致管道的破坏。因此，研究基础振动下液压管道的稳定性具有重要的工程意义。

国内外对管道稳定性的研究集中在无基础振动下的管道临界流速及临界管长研究，如Paidoussis M P讨论了输流管道在定常流作用下失稳的振动特性[3]，Holmes P J证明了两端固支管道在定常流作用下不会发生颤振失稳[4]。……