刀盘掘进过程动态仿真

发布时间：2017-10-06 21:29

  本文关键词：刀盘掘进过程动态仿真

  更多相关文章： TBM刀盘 Drucker-Prager模型 显式积分算法 数值仿真 掘进载荷 幅频特性

【摘要】：刀盘是岩石隧道掘进机(TBM)开挖岩石的关键部件,通过试验或者现场施工数据得到其与围岩的相互作用规律极为困难。利用数值模拟方法,在ABAQUS/Explicit环境下建立了模拟刀盘掘进的三维分析模型。采用扩展的DruckerPrager非线性弹塑性模型作为岩体的本构模型;应用包含单元删除功能的损伤失效准则模拟切屑的形成及分离,并基于显式积分算法实现了TBM刀盘掘进全物理过程的直接数值模拟,得到了刀盘的动态掘进载荷以及掌子面岩体的损伤失效状态。仿真结果表明:对于所选定的岩石力学参数,当推进距离达到8.5 mm时,掌子面岩体全面损伤,刀盘进入稳定掘进阶段;在掘进过程中,刀盘载荷波动剧烈,其第1阶主频约为刀盘转动频率的2倍。上述模拟方法可以为TBM掘进过程的分析提供有效的工具。
【作者单位】： 天津大学机械工程学院;
【关键词】： TBM刀盘 Drucker-Prager模型 显式积分算法 数值仿真 掘进载荷 幅频特性
【基金】：国家973计划资助项目(2013CB035042) 国家863计划资助项目(2012AA041801) 国家自然科学基金资助项目(11172200);国家自然科学基金科学仪器基础研究专项资助项目(11127202)
【分类号】：U455.39
【正文快照】： 隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)是隧道掘进的专门工程机械,被广泛用于地下交通、运输管道等隧道工程建设。作为TBM开挖岩石的关键部件,刀盘性能将直接影响施工效率与安全。目前国内外学者已从刀具破岩机理、刀盘结构设计方法以及刀盘载荷估算方法等方面对TBM刀盘进行

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 张宁川;;硬岩掘进机刀盘纯切削扭矩计算研究[J];隧道建设;2008年06期

2 宋克志;王本福;;隧道掘进机盘形滚刀的工作原理分析[J];建筑机械;2007年07期

3 谭青;张魁;夏毅敏;王凯;聂卫东;;TBM刀具三维破岩仿真[J];山东大学学报(工学版);2009年06期

4 沈建奇;金先龙;杨建刚;凌宇峰;;盾构机刀盘掘削动态数值模拟[J];上海交通大学学报;2009年06期

5 苏翠侠;王燕群;蔡宗熙;亢一澜;黄田;;盾构刀盘掘进载荷的数值模拟[J];天津大学学报;2011年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 满林涛;盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟[D];大连理工大学;2012年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王瑶;;复合地层大直径盾构刀盘及扭矩计算[J];城市轨道交通研究;2010年11期

2 彭勇;;某工程盾构滚刀在硬岩地层中的使用情况分析[J];广州建筑;2011年03期

3 杨明;熊计;郭智兴;万维财;;国内外盾构机刀盘和刀具研究现状概况[J];工具技术;2013年04期

4 陈桥;周建军;李凤远;;盘形滚刀推力试验研究[J];工程机械;2013年09期

5 霍军周;杨静;孙伟;凌静秀;;不同TBM支撑结构形式下的围岩稳定性分析[J];东北大学学报(自然科学版);2014年11期

6 刘博;李守巨;;土压平衡盾构机密封舱土压力控制研究[J];哈尔滨工业大学学报;2011年S1期

7 卢美茂;周保军;;成都地铁一号线盾构刀具磨损分析及对策[J];隧道建设;2009年S1期

8 古宗华;;盘形滚刀的维修与管理[J];隧道建设;2009年S1期

9 陈馈;苏翠侠;王燕群;;盾构刀盘的有限元参数化建模及其分析[J];隧道建设;2011年01期

10 李震;霍军周;孙伟;郭丽;何恩光;;全断面岩石掘进机刀盘结构主参数的优化设计[J];机械设计与研究;2011年01期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 赵晓豹;姚羲和;龚秋明;何冠文;马洪素;李晓昭;;不同切深条件下滚刀线性侵入实验中岩石破裂模式研究[A];第5届废物地下处置学术研讨会论文集[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 吴起星;复合地层中盾构机滚刀破岩力学分析[D];暨南大学;2011年

2 刘志杰;岩石隧道掘进机刀盘设计方法研究[D];大连理工大学;2009年

3 王立辉;全断面岩石掘进机刀具磨损状态的分析与识别[D];天津大学;2012年

4 方锡武;一类界面元建模与分析方法及其在装备设计中的应用研究[D];浙江大学;2013年

5 郝万军;大型矿用挖掘机设计关键技术研究[D];吉林大学;2014年

6 高魁东;薄煤层滚筒采煤机装煤性能研究[D];中国矿业大学;2014年

7 王飞;盾构直接掘削大直径钢筋混凝土群桩研究[D];北京交通大学;2014年

8 李刚;基于数字样机的全断面掘进机功能仿真与优化设计关键技术研究[D];东北大学;2013年

9 梁方;草地切根施肥补播复式改良机械的优化设计与试验研究[D];中国农业大学;2015年

10 潘世强;基于离散元法的芯铧式开沟器优化设计与试验研究[D];吉林大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 高见;盾构机刀盘开口率与盘体结构优化设计[D];大连理工大学;2010年

2 罗德志;复合型土压平衡盾构刀盘布刀规律研究及刀盘CAD系统开发[D];中南大学;2011年

3 刘永强;砂卵石地层土压平衡式盾构机的刀盘设计[D];天津大学;2010年

4 崔凤治;盾构刀盘的轻量化设计[D];天津大学;2010年

5 田雨;考虑岩石围压与损伤的TBM盘形滚刀受力的数值模拟分析[D];天津大学;2010年

6 李丰华;基于接触力学的盘形滚刀磨损量估算方法[D];天津大学;2012年

7 苏召斌;基于断裂力学的盘形滚刀破岩载荷数值模拟[D];天津大学;2012年

8 李发泉;掘进机截割头破岩过程数值模拟技术研究[D];辽宁工程技术大学;2011年

9 暨智勇;盾构掘进机切刀切削软岩和土壤受力模型研究及实验验证[D];中南大学;2009年

10 屠昌锋;盾构机盘形滚刀垂直力和侧向力预测模型研究[D];中南大学;2009年

【二级参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵维刚,杨超,杜彦良,沙明元,杜立杰;秦岭隧道TBM机—石界面的界定分析[J];北方交通大学学报;1999年02期

2 余静,程凯;滚刀破碎理论分析[J];东北工学院学报;1980年02期

3 林家骐;研究盘形滚刀破岩机理与提高刀具使用寿命[J];福州大学学报(自然科学版);1990年01期

4 茅承觉,刘友元;隧洞掘进机盘形滚刀滚压岩石的试验[J];工程机械;1985年03期

5 张照煌;掘进机刀盘上盘刀布置规律的探讨[J];工程机械;1996年07期

6 田东升,张照煌;掘进机盘形滚刀破岩工作模拟及分析[J];工程机械;2000年02期

7 张照煌,叶定海,赵庆玉;岩石掘进机刀具间距的确定及分析[J];工程机械;2002年11期

8 霍军周;孙伟;郭莉;李震;张旭;;多滚刀顺次作用下岩石破碎模拟及刀间距分析[J];哈尔滨工程大学学报;2012年01期

9 余静;;滚压破岩机理和参数计算[J];金属矿山;1981年07期

10 张厚美;;TBM的掘进性能数值仿真研究[J];隧道建设;2006年S2期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴起星;复合地层中盾构机滚刀破岩力学分析[D];暨南大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 杨金强;盘形滚刀受力分析及切割岩石数值模拟研究[D];华北电力大学（北京）;2007年

2 屠昌锋;盾构机盘形滚刀垂直力和侧向力预测模型研究[D];中南大学;2009年

3 张魁;盾构机盘形滚刀作用下岩石破碎特征及滚刀振动特性研究[D];中南大学;2010年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张照煌;周纪磊;刘瑞华;;全断面岩石掘进机刀盘轴承受力分析[J];应用基础与工程科学学报;2010年S1期

2 黄友尧;;切制圆弧伞齿轮的可调整刀盘设计[J];机械制造;1959年12期

3 ;φ500不重磨铣刀盘[J];机械工人技术资料;1976年08期

4 ;车削圆锥体工具[J];机械工人冷加工技术资料;1977年08期

5 吴良勇;;掘进机刀盘应力分析[J];水利电力施工机械;1982年04期

6 蔡文伟;;掘进机刀盘上的滚刀表置[J];水利电力施工机械;1984年03期

7 刘瑞权;;汽缸体结合面及止口径向可调精铣刀盘[J];机械制造;1990年08期

8 郑思义;;新型刀盘[J];机械科学与技术;1992年02期

9 李建斌;何於琏;;盾构掘进机刀盘研制实例[J];隧道建设;2005年06期

10 夏毅敏;吴元;吴峰;刘文华;林赉贶;;某隧道盾构刀盘仿真与力学性能研究[J];计算机工程与应用;2013年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙骋;陈义得;;复杂地质条件下刀盘变形原因及处理技术[A];第十三届海峡两岸隧道与地下工程学术及技术研讨会论文集[C];2014年

2 李斌;贾云飞;李文功;;盾构机刀盘修复技术[A];2011中国盾构技术学术研讨会论文集[C];2011年

3 王旭;王日清;赵海峰;李天明;;盾构机刀盘的地质适应性设计研究[A];第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C];2012年

4 韩伟锋;李凤远;;盾构刀盘优化设计[A];第九届中国CAE工程分析技术年会专辑[C];2013年

5 肖来元;杨家军;;圆形刀盘机构的动态设计[A];第八届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

6 吴乐;;单护盾TBM掘进管片旋转相关问题及应对措施[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年

7 田辉;;一种大直径泥水盾构在砂土地层中刀盘被卡的脱困方法[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年

8 桂轶雄;姚文花;;盾构机刀盘修复及改进技术研究[A];施工机械化新技术交流会论文集（第六辑）[C];2005年

9 陈启伟;李凤远;陈馈;;大直径泥水盾构刀盘外圈梁长距离掘进修复技术[A];第二届隧道掘进机（盾构、TBM）专业委员会第一次学术研讨会暨中铁隧道集团城市盾构项目管理、施工技术、设备维保交流会论文集[C];2011年

10 韩伟锋;李凤远;王助锋;;盾构刀盘参数化建模系统开发[A];2012年中铁隧道集团低碳环保优质工程修建技术专题交流会论文集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 李名;中铁隧道第一台自主研发的盾构刀盘成功出厂[N];中国经济导报;2005年

2 李华坤;中铁隧道自主产权盾构刀盘出厂[N];中国建设报;2006年

3 通讯员伍振 齐梦学;掘进“寿命”延长15公里[N];中国铁道建筑报;2009年

4 通讯员 宋义忠 兰红宾;高压环境下载人维修盾构机刀盘修复技术在国内首次成功应用[N];人民铁道;2013年

5 宋义忠 兰红宾;高压环境下载人维修盾构机刀盘技术在国内首次成功应用[N];科技日报;2013年

6 伍振　齐梦学;自主创新TBM技术获得国家专利[N];经理日报;2009年

7 姜明 姜书范 詹智慧 李慧楠;铁打的队伍铁打的兵[N];中华建筑报;2014年

8 本报记者 耿诺 实习生 孙奇茹;9号线实现南北全线贯通[N];北京日报;2012年

9 本报记者 陈亮 赵中庸;“科技号”对接见真功[N];人民铁道;2013年

10 陈军;如何正确使用钨钢纵切薄刀[N];中国包装报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 邢彤;盾构刀盘液压驱动与控制系统研究[D];浙江大学;2008年

2 刘志杰;岩石隧道掘进机刀盘设计方法研究[D];大连理工大学;2009年

3 苏翠侠;基于数值仿真技术的盾构刀盘系统载荷与结构特性研究[D];天津大学;2011年

4 王化更;液压缸直接驱动盾构刀盘系统结构优化及控制研究[D];同济大学;2007年

5 黄清飞;砂卵石地层盾构刀盘刀具与土相互作用及其选型设计研究[D];北京交通大学;2010年

6 钱华;双连杆偏心盾构刀盘系统总体参数优化研究[D];同济大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周纪磊;全断面岩石掘进机刀盘结构设计与分析研究[D];华北电力大学（北京）;2011年

2 王宪云;地质适应性刀盘方案设计方法与流程研究[D];天津大学;2012年

3 仇桂勇;土压平衡式盾构机刀盘性能仿真分析与多目标优化设计技术研究[D];浙江大学;2010年

4 田青青;辐条式刀盘地质适应性的数值分析[D];天津大学;2010年

5 王学科;微型土压平衡盾构机刀盘关键技术研究[D];沈阳工业大学;2014年

6 张雷;商用乘骑式草坪割草车刀盘流场及动力学特性的研究[D];南京理工大学;2009年

7 黄允文;可伸缩式复合盾构掘进刀盘分析设计及优化[D];上海交通大学;2007年

8 张伟;全断面岩石隧道掘进机刀盘刀具布置方法研究[D];大连理工大学;2009年

9 姬广彬;盾构刀盘的设计研究[D];天津大学;2009年

10 惠永川;渗流条件下辐条式刀盘盾构掘进面稳定性分析[D];天津大学;2010年

，

本文编号：985131