【摘要】：分體式刀盤是TBM(Tunnel Boring Machine-TBM)的核心部件,刀盤與周圍巖石邊界直接作用,其工作質(zhì)量和壽命對隧道的施工質(zhì)量、效率有著重大的影響。本文為了提高分體刀盤分塊之間結(jié)合面的力學(xué)精度,采用虛擬材料層建模方法。在此基礎(chǔ)上通過workbench對分體刀盤進(jìn)行疲勞分析并對刀盤結(jié)構(gòu)受力薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化。本文的主要工作如下:(1)建立TBM分體式刀盤模型。根據(jù)鐵建重工集團(tuán)提供的工程圖,在SolidWorks中建立分體刀盤的三維模型。為了適應(yīng)后續(xù)仿真分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的需要,將刀盤做了適當(dāng)?shù)暮喕�。同時為了提高計算精度,采用虛擬材料建模模擬刀盤分體之間結(jié)合面的力學(xué)特性。(2)TBM刀盤受力分析。刀盤上布置了51把盤形滾刀,為了更精確得模擬刀盤真實(shí)的受力情況,本文依次介紹了盤形滾刀的結(jié)構(gòu)、分組、破巖機(jī)理、運(yùn)動學(xué)特性和力學(xué)特性,進(jìn)而對滾刀進(jìn)行受力分析。采用Rostami預(yù)測公式和CSM預(yù)測公式計算滾刀承受的載荷,并比較之后選擇預(yù)測精度更高的CSM預(yù)測公式。為后續(xù)的靜態(tài)力學(xué)分析、疲勞分析奠定基礎(chǔ)。(3)TBM分體刀盤的疲勞分析。采用有限元分析法對刀盤進(jìn)行靜力學(xué)分析,在靜力學(xué)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行疲勞分析,通過Workbench的疲勞分析模塊得到刀盤的壽命云圖、損傷云圖、雙軸指示云圖和安全系數(shù)云圖。分析了影響刀盤疲勞壽命的原因,為刀盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了依據(jù)。(4)TBM分體刀盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過Workbench的優(yōu)化模塊以提高刀盤壽命和降低最大等效應(yīng)力為目標(biāo),對TBM分體式刀盤的受力薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計后最大等效應(yīng)力減小了70.05MPa,減小了25.73%。最小壽命增加了2985.7次,提高了88.96%。同時靈敏度分析也確定了影響到盤壽命的最主要因素,為刀盤的改進(jìn)設(shè)計提供了依據(jù)。
【圖文】：

緊迫性以及在工程實(shí)踐中 TBM 刀盤出現(xiàn)的實(shí)際問題，另外論述了在疲勞問題上國內(nèi)外發(fā)展的形狀，表明了刀盤疲勞研究重要性和研究價值。圖1.2 分體式TBM刀盤

（2） 去除不起連接作用的螺栓孔、小筋板和小凸臺等結(jié)構(gòu)；（3） 刀盤分塊建模成 5 個獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。圖2.1 分體式TBM刀盤在 SolidWorks 完成建模如圖 2.1 所示，，刀盤主體由五部分組裝而成。包括四個邊塊以及一個中心塊，選用的材料為 Q345 材料鋼，密度ρ為 7.8×103kg/m3；泊松比υ為 0.3；彈性模量 E 為 2.1×1011Pa。
【學(xué)位授予單位】：煙臺大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U455.31

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本文編號：2638626