TBM盘形滚刀安装方式优化与仿真研究

发布时间：2017-07-26 20:19

  本文关键词：TBM盘形滚刀安装方式优化与仿真研究

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【摘要】：全断面岩石掘进机(TBM)作为性能优良的地下工程施工装备,被广泛应用于城市地铁、输油管道、铁路运输等隧道工程,是我国重型设备制造行业领域里的标志性产品之一。目前有关TBM的大部分设备零部件需要从国外进口。其中盘形滚刀作为TBM的关键部件,在TBM破岩掘进过程中盘形滚刀与岩石直接接触,受到的冲击较大,工作环境非常恶劣,很容易造成磨损与损坏,寿命比其他部件短,所以对盘形滚刀的破岩动态过程进行数值模拟,研究破岩过程中滚刀的受力情况,对于提高TBM的破岩能力、掘进效率、滚刀的使用寿命具有十分重要的意义。所以本文选择对TBM盘形滚刀安装方式进行研究。论文主要工作有以下几部分：(1)首先介绍了TBM盘形滚刀破岩理论及安装方式。盘形滚刀的破岩理论主要有三种,分别是挤压破岩理论、剪切与挤压破岩理论和张拉与挤压破岩理论。论文在滚刀正安装方式的基础上提出前倾安装和外倾安装方式,并分别论述这两种安装方式的优势。(2)采用ABAQUS软件建立滚刀破岩力学模型。对建立好的三维模型进行仿真,将仿真值与美国密苏里大学罗拉分校的科罗拉多实验值进行比较,发现滚刀破岩受力的模拟结果与实验结果数值基本接近,证明了所建模型的正确性,为后文分析提供依据。(3)分别对单滚刀和双滚刀模型的仿真结果进行分析。对于单滚刀,首先分析滚刀破岩不同切深条件下的最优外倾角,其次分析了不同切割速度条件下的最优外倾角。对于双滚刀,模拟了在等切深等间距等切割速度下不同外倾角的受力情况,得出最优外倾角度。
【关键词】：ABAQUS 隧道掘进机 盘形滚刀 建模 最优外倾角
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外TBM研究动态及发展趋势11-13
• 1.2.1 国外TBM发展概况11-12
• 1.2.2 国内TBM发展概况12-13
• 1.3 TBM滚刀研究现状及发展趋势13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 第2章 TBM盘形滚刀破岩理论15-23
• 2.1 TBM盘形滚刀结构15-16
• 2.2 盘形滚刀与岩石相互作用理论16-18
• 2.2.1 破岩过程中的岩石破碎形式16
• 2.2.2 盘形滚刀刀圈磨损情况16-17
• 2.2.3 盘形滚刀破岩机理17-18
• 2.3 盘形滚刀受力预测18-22
• 2.3.1 盘形滚刀线性切割实验建立的预测公式19-20
• 2.3.2 压头压痕试验建立的预测公式20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 盘形滚刀安装方式理论23-29
• 3.1 盘形滚刀前倾安装23-25
• 3.1.1 盘形滚刀前倾安装破岩力学模型23-25
• 3.1.2 盘形滚刀前倾安装角的理论分析25
• 3.2 盘形滚刀外倾安装25-28
• 3.2.1 盘形滚刀外倾安装破岩力学模型25-27
• 3.2.2 盘形滚刀外倾安装破岩效能的理论分析27-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第4章 盘形滚刀破岩模型的建立及验证29-37
• 4.1 ABAQUS有限元软件简介29
• 4.2 基于单个盘形滚刀破岩模型的建立29-34
• 4.2.1 滚刀模型的建立及参数设定29-30
• 4.2.2 岩石模型的建立及参数设定30-32
• 4.2.3 定义接触32-33
• 4.2.4 施加载荷及边界条件33
• 4.2.5 划分网格33-34
• 4.3 盘形滚刀破岩模型的验证34-36
• 4.4 本章小结36-37
• 第5章 盘形滚刀破岩仿真分析研究37-58
• 5.1 单滚刀正安装破岩过程滚刀与岩石相互作用力分布规律研究37-41
• 5.2 单个滚刀在不同外倾安装角度下的场输出结果41-43
• 5.3 单滚刀在同一切深不同外倾安装角时的受力和比能的输出情况43-49
• 5.3.1 滚刀切深4mm43-45
• 5.3.2 滚刀切深8mm45-46
• 5.3.3 滚刀切深12mm46-47
• 5.3.4 滚刀切深16mm47-48
• 5.3.5 不同切深滚刀破岩受力比较48-49
• 5.4 单滚刀在同一切割速度不同外倾安装角时的受力情况49-54
• 5.4.1 滚刀线切割速度200mm/s50-51
• 5.4.2 滚刀线切割速度400mm/s51-52
• 5.4.3 滚刀线切割速度600mm/s52-53
• 5.4.4 滚刀线切割速度800mm/s53-54
• 5.4.5 不同线切割速度滚刀破岩受力比较54
• 5.5 双滚刀在相同切深和切速不同外倾安装角时的受力和比能输出情况54-56
• 5.6 本章小结56-58
• 第6章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58
• 6.2 展望58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64

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本文编号：578163