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原文传递盾构机刀盘结构的数值分析

论文题名：	盾构机刀盘结构的数值分析
关键词：	盾构机;掘进过程;应力分布;刀盘结构
摘要：	近些年来，随着科学技术的发展和社会的不断进步，我国的城镇化进程进一步加快，人们对空间的需求愈来愈大（特别是城市），地面空间已经不能满足人们的需求，人们对地下空间的开发和利用逐渐增加。随着地铁和地下排水系统的广泛应用，盾构机的使用也逐渐增多，盾构机在我国的使用量以每年30％速度在增长。然而盾构机的掘进工况非常复杂，在掘进过程中，盾构机会遇到不同的地质条件，从而导致刀盘的受力也非常复杂，盾构机的掘进主要依靠的是刀盘，刀盘的挖掘能力决定了盾构机的掘进效率，所以研究刀盘在掘进过程的力学性能十分重要。　　本文根据设计单位提供的刀盘设计参数，利用solidworks建立盾构机刀盘的简化模型，对刀盘进行静态数值模拟。根据刀盘的不同工况:刀盘正常工作条件下、刀盘3500吨挤压条件、刀盘静止启动等。设计了刀盘的模拟研究方案:研究刀盘面积对刀盘力学性能影响;研究刀盘牛腿厚度对刀盘力学性能影响;研究刀盘轮辐对刀盘力学性能影响;研究刀盘牛腿数量对刀盘力学性能的影响等。　　不同地区的地质条件会有很大的区别，因此在建立土体模型时要充分地考虑土壤的模型参数，结合土壤的失效形式，选择出合适的土壤模型。　　由于刀盘切削土体是一个显性动态过程，所以选用ANSYS中的ANSYS/LS-DYNA做动态模拟分析。由于土体材料为为非线性材料，同时还会发生大变形。盾构机在掘进模拟过程中，会存在有限元单元的畸变是问题，因此采用任意拉格朗日一欧拉(ALE)算法比较合适，同时刀盘挖掘过程中，土体会被挖掘运走，这是一个流固耦合的模型。根据任意拉格朗日一欧拉(ALE)算法和流固耦合的方法，就可以比较真实地模拟出刀盘切削土体的过程。通过对盾构机挖掘过程的模拟，可以知道刀盘在掘进过程中受力随时间变化而变化的规律，印证刀盘的应力分布情况;通过对不同掘进速度和转速的模拟，清楚地知道了刀盘的X、Y、Z方向的受力是一个周期的循环过程，并且二者规律基本相同。
作者：	余力
专业：	材料工程
导师：	李爱农;刘继平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文