新型TBM撐靴與圍巖接觸仿真及應(yīng)力均布性分析.pdf

1、支撐機(jī)構(gòu)是TBM連續(xù)掘進(jìn)作業(yè)的關(guān)鍵部件，而撐靴又是支撐機(jī)構(gòu)中的關(guān)健構(gòu)件。TBM在推進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)機(jī)和掌子面是分離開(kāi)來(lái)的，支撐系統(tǒng)伸出撐靴撐緊圍巖，依靠著撐靴與圍巖的摩擦力平衡推進(jìn)力，推進(jìn)掘進(jìn)機(jī)作業(yè)?；趽巫用鎿尾蛔　⒈韺訋r石易脫落、接地比壓不均勻、零部件易損等問(wèn)題，一旦撐靴出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響工程的開(kāi)挖效率和經(jīng)濟(jì)效益。則針對(duì)開(kāi)發(fā)的新型縮尺實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)撐靴需要提供足夠大的支撐力，以滿足推力與扭矩需求，如何提高撐靴與圍巖接觸表面均勻性，合理分配

2、優(yōu)化接地比壓，提高支撐的可靠度和支撐能力，是制約工作效率的關(guān)鍵。因此開(kāi)展研究新型TBM撐靴與圍巖的仿真及應(yīng)力均布性分析（均勻性分析）有極其重要的作用。本文以新型TBM撐靴為研究對(duì)象，圍繞上述問(wèn)題開(kāi)展了以下方面的研究：
　　1.基于高校與企業(yè)開(kāi)發(fā)的縮尺試驗(yàn)臺(tái)研究現(xiàn)狀，提出了試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)理論與設(shè)計(jì)方法，為新機(jī)構(gòu)原理性樣機(jī)設(shè)計(jì)的完成奠定了基礎(chǔ)；基于國(guó)內(nèi)外撐靴的研究現(xiàn)狀，提出了各類(lèi)撐靴的優(yōu)缺點(diǎn)，為新型撐靴的設(shè)計(jì)提供了參考；基于圍巖以及接觸

3、力學(xué)研究現(xiàn)狀，提出了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)，以及解決撐靴與圍巖接觸問(wèn)題的基本方法。
　　2.利用三維制圖軟件SolidWorks繪制了TBM試驗(yàn)臺(tái)模型，得到了內(nèi)部機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)整機(jī)以及撐靴圍巖進(jìn)行了受力分析，描述了圍巖與TBM內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互作用力傳遞路徑，運(yùn)用軸對(duì)稱圍巖的彈性力學(xué)應(yīng)力狀態(tài)，分析了軸對(duì)稱圍巖的應(yīng)力、位移通用表達(dá)式，確定了影響圈的范圍為3R0~5R0，通過(guò)建立撐靴與圍巖微觀接觸力學(xué)模型，得到了接觸壓力計(jì)算公式，設(shè)置了邊界條件

4、以及載荷工況相關(guān)的有限元接觸模型參數(shù)，繪制了三類(lèi)接觸下不同支承載荷類(lèi)型的有限元接觸模型示意圖。
　　3.基于撐靴與圍巖完全接觸、中間有間隙接觸、兩側(cè)有間隙接觸三種有限元接觸模型，采用 Abaqus對(duì)完全接觸模型的三種支承載荷工況進(jìn)行有限元仿真分析，運(yùn)用MATLAB編程歸納了撐靴與圍巖接觸表面的應(yīng)力位移特性分布規(guī)律以及繪制了關(guān)鍵尺寸的變化曲線圖，綜合對(duì)比分析三類(lèi)支承載荷對(duì)撐靴與圍巖接觸表面應(yīng)力、位移以及接觸壓力的影響程度，繪制了每種