刀具破巖機理試驗裝置設計與仿真研究.pdf

1、刀具是盾構機上最重要的部件之一。刀具破巖過程受到刀具結構參數(shù)、巖體性質、刀具布置及工作參數(shù)等多種因素相互作用關系的影響，直接影響到了整個隧道施工的進度。因此，深入研究刀具技術對研究盾構機性能參數(shù)匹配，及促進盾構施工的安全與高效起著十分重要的作用。本文在通過總結大量相關文獻的基礎上，對刀具與巖體的相互作用過程進行了有限元仿真破巖試驗研究，并設計開發(fā)了一種集成回轉切割模式和直線切割模式于一體的多功能試驗裝置，從功能上更加全面地滿足了刀具破巖

2、試驗的要求。本文主要內容如下:
　　(1)通過大量的文獻總結，分別研究了將國內外現(xiàn)有的掘進模擬試驗裝置、子系統(tǒng)單元試驗裝置、刀具破巖試驗裝置三類試驗裝置的技術特點。對盾構刀具的類型、破巖機理及受力預測模型進行了對比分析。
　　(2)利用ANSYS/LS-DYNA有限元數(shù)值模擬軟件來對刀具破巖過程進行仿真試驗。觀察仿真試驗過程中巖樣的破碎現(xiàn)象，并得到滾刀的破巖力試驗值，與CSM預測模型的理論值進行對比分析。以貫入度、刀間距和切

3、割速度三個滾刀工作參數(shù)為變量因素設計水平正交仿真破巖試驗，得出三個因素對破巖過程的影響程度關系。
　　(3)通過對刀具破巖試驗裝置的研究，以文獻總結和仿真試驗為參考，提出試驗試驗裝置的總體設計方案，將試驗裝置分為豎直推進、回轉切割、直線切割三個部分，分別進行參數(shù)擬定和方案設計。得到了集成直線破巖和回轉破巖兩種模式于一體的試驗裝置結構。
　　(4)在所建立的試驗裝置三維模型基礎上，并以仿真破巖試驗所得的破巖力為載荷依據(jù)，利用W