燕京,启航超级工厂地下三层,A区机械实验室。
屏幕上直径十二米、厚度超过一点五米的巨型刀盘模型正在缓慢旋转。
这不是普通的动画,而是由启航天工仿真系统实时解算的物理实体。
马千里将鼠标指针移动到刀盘与中心块的接触面上,那里分布着十二个扇形的楔形槽。
“导入有限元分析模块。”马千里在工作站前下达指令。
系统后台连接着位于研究院的超算集群,算力资源通过数据线倾泻而下。
屏幕左侧的数据条开始快速滚动,内存占用率瞬间飙升至百分之九十二。
“李刚,输入边界条件,推力设定为五千吨,扭矩上限两万千牛米。
按照岩石抗压强度一百八十兆帕的极硬岩工况进行加载。”
李刚站在侧位,手指在副屏上快速点选,他的动作极快,省略了所有冗余确认。
在这个实验室里,时间被按照分钟拆解。
“边界条件加载完毕。”李刚盯着进度条,“正在进行网格划分。”
王卫东走到马千里身后。
这位在重型机械领域摸爬滚打了二十年的老技术员,此时紧紧皱着眉头。
“马工,网格划分设定是多少?”王卫东有些担忧的说道。
“这么大体量的构件,如果网格划分太粗,计算结果会失真,如果太细,超算的节点计算压力会呈指数级增长。”
“全域设定为五毫米网格。”马千里没有回头。
“但在7.5度楔形面的接触部位,我要求将网格细化到0.1毫米。”
王卫东倒吸一口凉气。
“0.1毫米?在三十吨重的钢块上做微米级的受力分析?算力会产生应力奇异,结果可能直接报废。”
“如果不细化到0.1毫米,就捕捉不到微裂纹的萌生点。”马千里重重按下回车键。
“启动计算。”
屏幕上的模型消失,紧接着是一条代表运算进度的蓝色光带。
五分钟后,画面重组。
一片刺眼的红色出现在屏幕上。
应力云图显示,在7.5度楔形块的尖端受力区,应力颜色从象征安全的深蓝直接跃迁到了象征毁灭的赤红。
“读数出来了。”李刚的声音颤抖了一下,“局部最高应力达1200MPa。”
“废了。”王卫东双手撑在桌边,语气沉重。
“目前国内最好的合金钢,在经过深冷处理后,屈服极限也就在1000MPa左右。
1200MPa意味着只要盾构机刀盘接触到硬岩,楔形锁紧块会瞬间发生塑性变形,整个模块会直接从刀盘上崩飞出去。”
马千里盯着那个红色区域,1200MPa,这是一个超越材料物理常识的数字。
“王工,如果增加过渡圆角呢?”李刚提出建议,“在尖端做一个R5的倒角,分散应力集中。”
“不行。”马千里拒绝得很干脆。
“我算过,只要圆角超过R2,7.5度的摩擦自锁平衡就会被破坏。在岩层的剧烈震动下,这个模块会像肥皂一样滑出槽位。”
团队陷入了僵局。
理论上的7.5度自锁角是唯一能实现快速更换且不使用螺栓的方案。
但在真实的物理世界里,钢材的强度撑不起这五千吨的暴虐推力。
马千里闭上眼睛,他的大脑在飞速回溯。
昨天拆解天工二号主轴时的每一个细节在脑海中闪回。
他记起了那个隐藏在轴承座内部、由钨合金制成的动态配重块。
“为什么机床主轴可以利用偏心力抵消切削力?”马千里猛地睁眼。
他转身冲到白板前,抓起红色的笔。
“结构强度不够,是因为在被动承受推力。”马千里在白板上画出楔形块的剖面图。
“如果我们在钢块内部,人为地制造一个反向的应力场呢?”
王卫东推了推眼镜。
“你是说,做预应力?”
“对!像修大跨度桥梁那样做预应力!”马千里语速加快。
“在楔形块内部,纵向钻出十二个直径八毫米的孔道,预埋攀枝花生产的高强度钢丝束。
在总装时,利用微型液压千斤顶对这些钢丝施加八百兆帕的预拉力。
钢丝想收缩,就会把楔形块的金属晶体强行挤压在一起,产生一个巨大的预压应力。”
他用红笔在图纸上画出密集的箭头,方向指向楔形块内部。
“当外部五千吨推力打过来时,它必须先抵消掉预埋的这部分压应力,才能真正对材料产生破坏。”马千里看向王卫东。
“这叫预应力补偿技术。”
“这要求在三十吨重的合金钢里钻深孔,而且位置精度要极高。”
王卫东虽然还在质疑,但眼神已经亮了起来。
“这种活儿,只有天工五轴机床能干。”
“立刻修改建模数据。”马千里坐回位置。
“李刚,添加十二根直径8mm的预拉力索,王工,核算锚固端的局部承压强度。”
凌晨两点。
第二次仿真运算结果输出,屏幕上的红色退去,转化为代表平稳的绿色和黄色。
“应力峰值降到了850MPa。”李刚有些激动。
“在安全范围内!通过了!”
“别高兴太早。”马千里手指点击屏幕,调出另一组参数。
“强度通过了,疲劳呢?盾构机每一分钟转两圈,刀盘在岩层里是高频震动的,这种应力交变每分钟发生上百次。
如果材料发生疲劳断裂,哪怕强度够,也会在掘进到五百米时突然崩解。”
他看向王卫东。
“王工,线性累积损伤理论,算一下交变应力幅值。”
王卫东拿起钢笔,在草稿纸上列出公式。
马千里则在副屏上调出攀枝花实验室的材料数据库,那里存储着含钇稀土高强钢的S-N曲线。
马千里解释道:“要确保在安全系数2.0的情况下,这套结构能撑过五万次循环载荷。”
时间在指尖划过键盘的清脆声中流逝。
凌晨三点三十分。
马千里编写的分析脚本输出了最终结果。
“五万次循环,累积损伤系数为0.42,远小于1的失效阈值。”
马千里抹掉额头的汗水。
“疲劳寿命满足设计要求。”
实验室的门无声滑开。
陆先进不知何时站在了门口。
他缓步走向工作站,目光停留在屏幕上的应力云图上。