基于CSM模型的盾构机滚刀受力及磨损规律
发布时间：2021-01-15 09:28
为揭示盾构机在地层中掘进时滚刀的受力机理及磨损规律,根据科罗拉多矿业学院（CSM）模型得到滚刀受力理论计算公式。基于岩体破坏失效理论建立滚刀线性破岩有限元模型,模拟分析滚刀破岩的动态受力特性;对比不同贯入度下滚刀受力CSM模型计算值与有限元仿真值的差异,验证CSM模型对中风化泥岩地层中滚刀受力计算公式的适用性与准确性。基于CSM模型推导反映滚刀磨损系数随盾构掘进参数变化规律的数学关系,通过计算值与现场实测磨损数据对比,验证其准确性。结果表明:对于成都地区软质中风化泥岩地层,滚刀切削过程中所受到的法向力和切向力呈现波动变化,贯入度越大,滚刀受力值及其波动幅度越大;当滚刀贯入度为15～40 mm时,CSM模型计算得到的滚刀受力理论值与有限元仿真值偏差在15%以内;适当提高贯入度,增大有效扭矩与有效推力的比值,有利于减小单位距离滚刀磨损量。
【文章来源】：中国铁道科学. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
材料累进破坏应力—应变关系
基于前述岩体破坏失效理论，以成都地铁18号线为工程案例，建立滚刀线性破岩有限元模型，如图2所示。该地铁区间所穿越地层以软质中风化泥岩为主，地层材料参数见表1。盾构刀盘直径为8.63 m，共配置滚刀51把，其中中心滚刀8把，正面滚刀28把，边滚刀15把，滚刀平均间距为88.9 mm。盾构机使用17英寸等截面盘形滚刀，根据工程所给刀具参数以及张照煌[18]测绘的盘形滚刀几何形式，滚刀外圈直径432 mm，刀尖圆角半径R8 mm，内圈直径Φ302 mm，刀圈宽度80mm，刀圈顶刃宽度16 mm，刀刃角20o。滚刀的动态受力采用ABAQUS软件进行分析。岩土体的长、宽和高分别为800,400和200mm，底部采用全约束，两侧采用黏弹性人工边界，用连续分布的并联弹簧—阻尼器系统模拟。岩土体均为8结点线性6面体单元C3D8R，采用可反映材料硬化阶段和断裂失效的扩展Druker-Prager本构模型，并引入材料累进破坏失效准则，通过单元删除功能实现滚刀破岩过程中岩体的破坏剥落，滚刀约束为刚体。
不同贯入度时，滚刀破岩后岩体的等效塑性应变如图3所示。从图中可知，不同贯入度时岩体的破碎效果不完全相同。当贯入度h≤25 mm时，2把滚刀所形成的塑性区并未贯通；随着贯入度增大，塑性区域逐渐发展，等效塑性应变持续增大；当h=40 mm时，整条岩脊已处于塑性状态，刚度大大退化，此时2条沟槽仍未连通，但塑性区的贯通说明岩脊中已有微裂纹发展。图3 岩体等效塑性应变
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于声发射和改进灰关联度分析的TBM滚刀磨损状态评估方法[J]. 李宏波,孙振川,周建军,翟乾智. 中国铁道科学. 2019(03)
[2]基于三维颗粒流模型的TBM滚刀顺次破岩的研究[J]. 张彪,张志强,孙飞,易志伟. 中国铁道科学. 2017(04)
[3]基于推进参数的盾构刀具磨损预测模型研究[J]. 曹利,邱龑. 现代隧道技术. 2017(03)
[4]TBM盘形滚刀磨损预测模型[J]. 谭青,孙鑫健,夏毅敏,蔡小华,朱震寰,张晋浩. 中南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]盘形滚刀磨损预测模型[J]. 杨延栋,陈馈,李凤远,周建军. 煤炭学报. 2015(06)
[6]运用盾构掘进参数跟踪判断滚刀损坏的研究[J]. 张厚美,区希,易觉. 现代隧道技术. 2014(04)
[7]基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法[J]. 李刚,朱立达,杨建宇,王宛山. 中国机械工程. 2014(01)
[8]盾构滚刀磨损的多元非线性回归预测[J]. 李笑,苏小江. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(02)
[9]岩石掘进机盘形滚刀测绘[J]. 张照煌. 矿山机械. 2001(11)
博士论文
[1]全断面岩石掘进机刀具磨损状态的分析与识别[D]. 王立辉.天津大学 2012
本文编号：2978663
【文章来源】：中国铁道科学. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
材料累进破坏应力—应变关系
基于前述岩体破坏失效理论，以成都地铁18号线为工程案例，建立滚刀线性破岩有限元模型，如图2所示。该地铁区间所穿越地层以软质中风化泥岩为主，地层材料参数见表1。盾构刀盘直径为8.63 m，共配置滚刀51把，其中中心滚刀8把，正面滚刀28把，边滚刀15把，滚刀平均间距为88.9 mm。盾构机使用17英寸等截面盘形滚刀，根据工程所给刀具参数以及张照煌[18]测绘的盘形滚刀几何形式，滚刀外圈直径432 mm，刀尖圆角半径R8 mm，内圈直径Φ302 mm，刀圈宽度80mm，刀圈顶刃宽度16 mm，刀刃角20o。滚刀的动态受力采用ABAQUS软件进行分析。岩土体的长、宽和高分别为800,400和200mm，底部采用全约束，两侧采用黏弹性人工边界，用连续分布的并联弹簧—阻尼器系统模拟。岩土体均为8结点线性6面体单元C3D8R，采用可反映材料硬化阶段和断裂失效的扩展Druker-Prager本构模型，并引入材料累进破坏失效准则，通过单元删除功能实现滚刀破岩过程中岩体的破坏剥落，滚刀约束为刚体。
不同贯入度时，滚刀破岩后岩体的等效塑性应变如图3所示。从图中可知，不同贯入度时岩体的破碎效果不完全相同。当贯入度h≤25 mm时，2把滚刀所形成的塑性区并未贯通；随着贯入度增大，塑性区域逐渐发展，等效塑性应变持续增大；当h=40 mm时，整条岩脊已处于塑性状态，刚度大大退化，此时2条沟槽仍未连通，但塑性区的贯通说明岩脊中已有微裂纹发展。图3 岩体等效塑性应变
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于声发射和改进灰关联度分析的TBM滚刀磨损状态评估方法[J]. 李宏波,孙振川,周建军,翟乾智. 中国铁道科学. 2019(03)
[2]基于三维颗粒流模型的TBM滚刀顺次破岩的研究[J]. 张彪,张志强,孙飞,易志伟. 中国铁道科学. 2017(04)
[3]基于推进参数的盾构刀具磨损预测模型研究[J]. 曹利,邱龑. 现代隧道技术. 2017(03)
[4]TBM盘形滚刀磨损预测模型[J]. 谭青,孙鑫健,夏毅敏,蔡小华,朱震寰,张晋浩. 中南大学学报(自然科学版). 2017(01)
[5]盘形滚刀磨损预测模型[J]. 杨延栋,陈馈,李凤远,周建军. 煤炭学报. 2015(06)
[6]运用盾构掘进参数跟踪判断滚刀损坏的研究[J]. 张厚美,区希,易觉. 现代隧道技术. 2014(04)
[7]基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法[J]. 李刚,朱立达,杨建宇,王宛山. 中国机械工程. 2014(01)
[8]盾构滚刀磨损的多元非线性回归预测[J]. 李笑,苏小江. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2009(02)
[9]岩石掘进机盘形滚刀测绘[J]. 张照煌. 矿山机械. 2001(11)
博士论文
[1]全断面岩石掘进机刀具磨损状态的分析与识别[D]. 王立辉.天津大学 2012
本文编号：2978663
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/2978663.html
