盾構(gòu)滾刀磨損壽命預(yù)測(cè)及破巖仿真研究.pdf

1、盾構(gòu)法開(kāi)挖隧道在廣泛應(yīng)用的同時(shí)，滾刀作為主要的破巖部件，其磨損問(wèn)題已成為制約盾構(gòu)施工質(zhì)量和效率的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文在查閱國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程問(wèn)題，把建立盾構(gòu)滾刀磨損量和壽命預(yù)測(cè)模型作為要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，同時(shí)研究了滾刀在磨損后對(duì)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(jìn)距離較長(zhǎng)、掘進(jìn)速度較快的多目標(biāo)優(yōu)化模型，主要進(jìn)行了以下研究工作:
　　1、利用工程中統(tǒng)計(jì)得到的滾刀失效類(lèi)型和數(shù)量，分析總結(jié)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(duì)應(yīng)的影響危害度，分析了滾刀的磨損機(jī)理，利用經(jīng)典摩擦學(xué)理論推導(dǎo)了磨粒磨損模型，利用施工數(shù)據(jù)記錄的滾刀磨損量對(duì)塑形去除、脆性斷裂和疲勞磨損機(jī)制所占比例進(jìn)行了確定。
　　2、在分析滾刀受力的基礎(chǔ)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(cè)面一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程?；诮?jīng)典摩擦學(xué)理論和滾刀磨損機(jī)理，將滾刀受力模型、運(yùn)動(dòng)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(cè)面磨損量預(yù)測(cè)模型，并在此基礎(chǔ)上分析得到滾刀壽命預(yù)測(cè)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(jìn)距離的變化關(guān)系;得到了掘進(jìn)距離隨巖石抗壓強(qiáng)度、貫入度、安裝半徑的數(shù)值關(guān)系，并將預(yù)測(cè)值與施工記錄數(shù)據(jù)做對(duì)比。
　　3、利用ANSYS/LS-DYNA分不同安裝半徑、不同貫入度對(duì)18in加寬滾刀進(jìn)行破巖力仿真，分析滾刀破巖過(guò)程;對(duì)18in加寬滾刀磨損后進(jìn)行破巖力仿真;利用仿真得到破巖力計(jì)算了滾刀破巖比能。<