盾構滾刀磨損壽命預測及破巖仿真研究.pdf

1、盾構法開挖隧道在廣泛應用的同時，滾刀作為主要的破巖部件，其磨損問題已成為制約盾構施工質量和效率的一個關鍵因素。本文在查閱國內外大量文獻的基礎上，結合工程問題，把建立盾構滾刀磨損量和壽命預測模型作為要解決的關鍵問題，同時研究了滾刀在磨損后對破巖效果的影響，研究了基于比能較小、體積磨損較小、單次換刀掘進距離較長、掘進速度較快的多目標優(yōu)化模型，主要進行了以下研究工作:
　　1、利用工程中統(tǒng)計得到的滾刀失效類型和數(shù)量，分析總結了滾刀失效形

2、式，利用可靠性理論-失效模式及危害度分析(FMECA)給出了滾刀不同失效模式和對應的影響危害度，分析了滾刀的磨損機理，利用經(jīng)典摩擦學理論推導了磨粒磨損模型，利用施工數(shù)據(jù)記錄的滾刀磨損量對塑形去除、脆性斷裂和疲勞磨損機制所占比例進行了確定。
　　2、在分析滾刀受力的基礎上，選用了合適的受力模型;利用空間矩陣變換法建立滾刀正面和側面一點運動方程?；诮?jīng)典摩擦學理論和滾刀磨損機理，將滾刀受力模型、運動方程代入磨粒磨損和疲勞磨損模型，建立

3、了滾刀正面和側面磨損量預測模型，并在此基礎上分析得到滾刀壽命預測模型。采用Matlab編程求解得到了刀圈半徑、刀刃寬、刀刃角隨掘進距離的變化關系;得到了掘進距離隨巖石抗壓強度、貫入度、安裝半徑的數(shù)值關系，并將預測值與施工記錄數(shù)據(jù)做對比。
　　3、利用ANSYS/LS-DYNA分不同安裝半徑、不同貫入度對18in加寬滾刀進行破巖力仿真，分析滾刀破巖過程;對18in加寬滾刀磨損后進行破巖力仿真;利用仿真得到破巖力計算了滾刀破巖比能。<