刀具破巖機(jī)理試驗(yàn)裝置設(shè)計與仿真研究.pdf

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

2、試驗(yàn)的要求。本文主要內(nèi)容如下:
　　(1)通過大量的文獻(xiàn)總結(jié)，分別研究了將國內(nèi)外現(xiàn)有的掘進(jìn)模擬試驗(yàn)裝置、子系統(tǒng)單元試驗(yàn)裝置、刀具破巖試驗(yàn)裝置三類試驗(yàn)裝置的技術(shù)特點(diǎn)。對盾構(gòu)刀具的類型、破巖機(jī)理及受力預(yù)測模型進(jìn)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(jìn)行仿真試驗(yàn)。觀察仿真試驗(yàn)過程中巖樣的破碎現(xiàn)象，并得到滾刀的破巖力試驗(yàn)值，與CSM預(yù)測模型的理論值進(jìn)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(shè)計水平正交仿真破巖試驗(yàn)，得出三個因素對破巖過程的影響程度關(guān)系。
　　(3)通過對刀具破巖試驗(yàn)裝置的研究，以文獻(xiàn)總結(jié)和仿真試驗(yàn)為參考，提出試驗(yàn)試驗(yàn)裝置的總體設(shè)計方案，將試驗(yàn)裝置分為豎直推進(jìn)、回轉(zhuǎn)切割、直線切割三個部分，分別進(jìn)行參數(shù)擬定和方案設(shè)計。得到了集成直線破巖和回轉(zhuǎn)破巖兩種模式于一體的試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)。
　　(4)在所建立的試驗(yàn)裝置三維模型基礎(chǔ)上，并以仿真破巖試驗(yàn)所得的破巖力為載荷依據(jù)，利用W