盾构刀盘掘进过程数值仿真研究

发布时间：2019-09-16 16:36

【摘要】：进入21世纪以来,随着我国城市地面空间资源不足问题日益加剧,越来越多的专家学者将目光转向地下空间资源的开发上。盾构法因其对地面环境影响小,施工安全性高,施工效率快,施工时受天气条件影响小的特点被广泛用于各种隧道工程。盾构刀盘型式需要根据地质条件进行选择,即在切削不同的土体时选择不同类型的刀盘,所以研究盾构刀盘切削土体的过程对盾构刀盘的设计具有重要的参考意义。首先,通过对盾构掘进系统参数和土体力学特性的理论研究,对建立土体本构模型进行深入探讨。采用扩展的Drucker-Prager本构模型和带有单元删除功能的损伤模型,该模型能正确反应土体的切削分离过程,可以较为实际的模拟出土体材料的特性。其次,使用三维软件建立切刀和土体的三维模型。根据动态接触的特点,运用有限元软件对模型进行网格划分与仿真分析,模拟不同工况条件下切刀的切削过程,得出了切刀载荷在不同工况条件下的变化规律以及切刀载荷随时间的变化情况,为切刀的结构设计提供参考。最后,根据经验公式计算出盾构的推力及扭矩大小,为盾构刀盘加载对应的载荷。通过建立的刀盘切削土体的三维模型,对盾构刀盘切削土体过程进行仿真分析,得出了刀盘在不同的载荷和不同的掘进速度时的应力变化规律和刀盘的变形量变化情况,指出了刀盘结构设计的薄弱部位。针对开口率和刀盘与牛腿连接处做出优化处理,得到了刀盘的结构优化设计方案,为盾构机的刀盘的结构优化设计提供参考。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U455.43

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本文编号：2536308