巖土振動(dòng)掘削機(jī)理及盾構(gòu)刀盤復(fù)合激振數(shù)值仿真研究.pdf

1、盾構(gòu)機(jī)是一個(gè)具備多種功能于一體的大型地下隧道開挖襯砌成套設(shè)備，盾構(gòu)刀盤作為其中的核心部件，具有開挖土體，穩(wěn)定掌子面，攪拌渣土等重要作用，研究盾構(gòu)刀盤切削土壤的機(jī)理對(duì)于提高盾構(gòu)機(jī)的工作效率有著重要的意義。因此提出盾構(gòu)刀盤振動(dòng)切削模型，通過盾構(gòu)刀盤的設(shè)計(jì)選型，以改變刀盤圓周速度及掘進(jìn)速度的方式實(shí)現(xiàn)刀盤振動(dòng)切削，深入分析刀具的切削破巖機(jī)理，通過理論建模分析，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡分析，結(jié)合運(yùn)用有限元?jiǎng)恿W(xué)仿真軟件LS-DYNA來研究切削過程中的各項(xiàng)載荷

2、的變化情況。本文主要研究的內(nèi)容與成果如下：
　　1.盾構(gòu)刀盤系統(tǒng)仿真建模研究。針對(duì)工程地質(zhì)，通過分析刀具受力方式，總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，完成小型盾構(gòu)刀盤的設(shè)計(jì)及刀具的配置。所設(shè)計(jì)的刀盤符合力學(xué)性能，振動(dòng)性能的一系列要求。
　　2.盾構(gòu)刀盤振動(dòng)掘削的動(dòng)力學(xué)仿真。通過對(duì)刀具力學(xué)模型的建立,運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，振動(dòng)掘削減阻機(jī)理及土壤材料的研究，在LS-DYNA軟件上建立單刀及刀盤動(dòng)力學(xué)切削模型，在刀盤圓周方向上添加正弦激勵(lì)來改變刀盤轉(zhuǎn)速，通過

3、理論計(jì)算和數(shù)值模擬仿真相結(jié)合的方式得到切削應(yīng)力及能耗，與勻速切削相比較。研究表明盾構(gòu)刀盤振動(dòng)切削的工作方式能有效減少切削應(yīng)力，但無法確保能耗同時(shí)下降。
　　3.振動(dòng)參數(shù)對(duì)切削效果的正交試驗(yàn)分析及激振參數(shù)優(yōu)化研究。通過對(duì)各項(xiàng)振動(dòng)參數(shù)的分析選型，以等效應(yīng)力及能耗為衡量標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行多次仿真后匹配最優(yōu)解，分析各激振參數(shù)對(duì)指標(biāo)影響程度，得到最佳切削效果。優(yōu)化后的振動(dòng)參數(shù)不僅能使切削應(yīng)力下降，還能有效的減少能耗。
　　4.提出盾構(gòu)刀盤復(fù)合