TBM盘形滚刀磨损演变数值模拟研究

发布时间：2017-09-21 09:32

  本文关键词：TBM盘形滚刀磨损演变数值模拟研究

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【摘要】：全断面岩石隧道掘进机(TBM)广泛应用于岩石地层的隧道开挖,盘形滚刀作为其破岩的主要工具,存在消耗量大、费用高以及不合理使用导致延误工期的问题,研究盘形滚刀的磨损特性及其演变规律具有重要意义。 研究了实际盘形滚刀的磨损机理,并设计模拟盘形滚刀-岩石摩擦副的干摩擦试验台,分析了载荷、刀圈试样硬度、岩石类型对盘形滚刀刀圈试样磨损的影响规律。 采用有限元方法研究盘形滚刀破岩过程中的接触特性,分析了盘形滚刀运动学特性、盘形滚刀与岩石接触应力分布及变化特性、盘形滚刀所受三向力的特点,并选择了合理的接触应力和速度瞬心计算模型。 建立了盘形滚刀刀圈表面点与岩石的相对滑动量计算模型,并结合磨损仿真基本模型以及盘形滚刀与岩石的接触应力模型建立了盘形滚刀磨损预测仿真模型。对定西工程大理石岩层的掘进段进行盘形滚刀磨损仿真和磨损量测量,仿真预测值与实测值基本相符。仿真发现在正面磨损与侧面磨损同时作用下,盘形滚刀刀刃逐渐磨损成尖形,与实际施工中盘形滚刀磨损后的形态一致。结果证明了预测模型及仿真方法的有效性。随后研究了盘形滚刀安装半径、刀盘掘进参数以及地质条件对盘形滚刀磨损特性的影响规律。 在Matlab GUI中建立了盘形滚刀磨损演变仿真平台,将论文研究推向工程应用。对甘肃定西工程某掘进段TBM刀盘各个刀位处的盘形滚刀磨损演变过程进行仿真,仿真结果与实际相符。图87幅,表22个,参考文献75篇
【关键词】：全断面岩石掘进机 盘形滚刀 磨损演变 数值模拟 仿真平台
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU621;TH117
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 符号说明10-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景及课题来源11-13
• 1.1.1 课题研究背景11-13
• 1.1.2 课题来源13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 TBM盘形滚刀磨损机理研究现状13
• 1.2.2 TBM盘形滚刀磨损寿命预测研究现状13-15
• 1.2.3 TBM盘形滚刀磨损对破岩的影响研究现状15-16
• 1.2.4 磨损数值仿真研究形状16-17
• 1.3 论文研究目的及意义17
• 1.4 论文研究内容及技术路线17-19
• 2 TBM盘形滚刀磨损机理及其磨损率试验研究19-37
• 2.1 引言19-20
• 2.2 盘形滚刀磨损机理分析20-23
• 2.3 盘形滚刀的磨损率及磨损试验研究23-30
• 2.3.1 磨损率及其计算方法23
• 2.3.2 盘形滚刀磨损试验研究23-27
• 2.3.3 磨损试验结果分析27-30
• 2.4 岩石磨耗性试验及分析30-36
• 2.4.1 流行的岩石磨耗性试验30-33
• 2.4.2 岩石磨耗性试验中钢的磨损系数33-36
• 2.5 本论文仿真采用的材料磨损率36
• 2.6 本章小结36-37
• 3 盘形滚刀与岩石的接触特性研究37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 盘形滚刀与岩石的接触应力特性及理论模型37-41
• 3.2.1 盘形滚刀简介37-38
• 3.2.2 盘形滚刀与岩石的接触过程及接触应力模型38-41
• 3.3 Abaqus仿真环境41-42
• 3.4 盘形滚刀与岩石接触过程三维数值模拟42-47
• 3.4.1 模拟工况42-43
• 3.4.2 刀圈及岩石的参数化建模43-44
• 3.4.3 材料模型的选取44-46
• 3.4.4 相互作用及边界条件的设定46-47
• 3.5 仿真结果分析47-56
• 3.5.1 盘形滚刀破岩过程分析47-48
• 3.5.2 盘形滚刀运动学特性48-51
• 3.5.3 盘形滚刀与岩石接触应力分布特性分析51-55
• 3.5.4 盘形滚刀破岩过程中三向力分析55-56
• 3.6 本章小结56-57
• 4 盘形滚刀磨损数值仿真模型研究57-76
• 4.1 引言57
• 4.2 磨损数值仿真基本模型57-58
• 4.3 TBM盘形滚刀磨损仿真模型58-68
• 4.3.1 盘形滚刀与岩石接触应力模型58
• 4.3.2 盘形滚刀与岩石接触区运动学模型58-64
• 4.3.3 盘形滚刀与岩石接触区内相对滑动的讨论64-67
• 4.3.4 盘形滚刀磨损仿真中的磨损步长计算式67
• 4.3.5 盘形滚刀破岩过程磨损仿真流程67-68
• 4.4 TBM盘形滚刀磨损仿真工程实例及验证68-72
• 4.4.1 刀盘配置及掘进工况68-69
• 4.4.2 工程上盘形滚刀磨损量测量69-70
• 4.4.3 结果及误差分析70-72
• 4.5 盘形滚刀磨损特性影响因素研究72-75
• 4.5.1 盘形滚刀安装半径影响72-73
• 4.5.2 刀盘掘进参数影响73-74
• 4.5.3 地质条件影响74-75
• 4.6 本章小结75-76
• 5 盘形滚刀磨损演变数值模拟平台开发76-88
• 5.1 引言76
• 5.2 盘形滚刀磨损演变数值模拟平台的开发76-80
• 5.2.1 功能需求及模块划分76
• 5.2.2 仿真平台的实现76-80
• 5.3 工程应用实例80-87
• 5.3.1 工程概况80-82
• 5.3.2 刀具使用情况82-83
• 5.3.3 仿真结果83-87
• 5.4 本章小结87-88
• 6 全文总结与展望88-90
• 6.1 全文总结88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-95
• 攻读硕士期间的主要研究成果95-96
• 致谢96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 李宝良;线接触磨损数值仿真及应用研究[D];大连交通大学;2010年

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本文编号：893716