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全断面隧道掘进机盘形滚刀组合破岩机理研究
| 论文题名： | 全断面隧道掘进机盘形滚刀组合破岩机理研究 |
| 关键词： | 全断面隧道掘进机;机盘形滚刀组合;破岩机理;SPH-FEM耦合分析 |
| 摘要： | 全断面隧道掘进机(TBM)是一种用于地下工程全断面开挖的机械施工设备,具有施工效率高、安全可靠、施工质量高等优点,因而在国内外得到越来越广泛地使用。盘形滚刀是掘进机刀盘上的主要破岩刀具,其破岩性能直接影响了掘进机的掘进效率和施工成本。因此,研究盘形滚刀的破岩机理、破岩过程以及滚刀的布置规律,对于优化滚刀布局,提高滚刀破岩效率,提高滚刀使用寿命、建立刀盘设计理论具有重要的意义。本文对全断面隧道掘进机盘形滚刀的组合破岩机理开展研究,主要完成了以下内容: (1)介绍了盘形滚刀的分类以及结构形式,研究了岩石的弹塑性本构模型和断裂损伤特性。阐述了国内外广泛使用的滚刀受力模型。分析了掘进机刀盘的设计准则和滚刀布置规律。根据滚刀组合破岩模型的特点,重点研究了滚刀刀间距和安装半径等关键参数对于组合破岩的影响; (2)阐述了显式动力学的基本原理,研究了Drucker-Prager非线性弹塑性本构模型。基于ABAQUS建立了滚刀压痕模型,得到了滚刀挤压岩石的应力应变情况以及滚刀的受力大小,将得到的结果与压痕试验的结果对比,证明 D-P本构模型定义岩石类材料的正确性。在此基础之上,引入岩石断裂损伤准则,建立了两把滚刀线性破岩的有限元模型,研究了刀间距与滚刀受力的关系,将得到的结果与国外线性切割试验结果进行对比。最后,基于ABAQUS的多体动力学特性,建立了三把滚刀组合回转破岩模型,研究了滚刀回转运动时滚刀之间的相互作用,以及滚刀回转半径对于滚刀受力和破岩效果的影响,并将组合破岩与线性破岩进行对比分析,明确滚刀组合破岩的分析优势和必要性; (3)阐述了光滑粒子流体动力(SPH)方法的基本思想和算法过程,研究了SPH-FEM耦合分析的必要性。使用AUTODYN建立了基于SPH-FEM耦合的二维滚刀破岩模型,研究了不同条件下岩石的断裂情况,分析了加载速度、刀间距和加载方式等因素对于滚刀破岩的影响。 |
| 作者： | 蒋聪健 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 郭伟;王惠明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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