基于近似模型技术的高强钢盾构刀盘优化设计

摘要

成都地铁6号线某标段为砂卵石、泥岩地层,原设计的盾构6.28 m刀盘中心开口率小,出现泥糊刀盘、卵石难进入土仓等问题.由于高强钢盾构刀盘相较于普通刀盘其强度和刚度均有较大余量,故通过集成有限元软件Ansys Workbench和多学科优化软件Isight,针对高强钢盾构刀盘的结构优化提出一种基于近似模型技术的优化方法.首先进行仿真分析研究2种不同材料刀盘的优化空间,建立高强钢盾构刀盘的优化数学模型,对所选设计变量进行最优拉丁超立方试验设计,并以径向基神经网络近似模型代替刀盘有限元模型,采用多岛遗传算法对高强钢刀盘进行优化设计,最终减薄刀盘钢板的厚度,增大了刀盘中心开口率,有利于大粒径卵石进入土仓,降低刀盘滞磨率,并可提供更大的刀盘结构空间以安装适合常压换刀的滚刀刀箱.该优化方法大大缩减了计算时间,提高了优化设计的效率.