本文關(guān)鍵詞：TBM盤形滾刀磨損演變數(shù)值模擬研究

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【摘要】：全斷面巖石隧道掘進機(TBM)廣泛應用于巖石地層的隧道開挖,盤形滾刀作為其破巖的主要工具,存在消耗量大、費用高以及不合理使用導致延誤工期的問題,研究盤形滾刀的磨損特性及其演變規(guī)律具有重要意義。 研究了實際盤形滾刀的磨損機理,并設計模擬盤形滾刀-巖石摩擦副的干摩擦試驗臺,分析了載荷、刀圈試樣硬度、巖石類型對盤形滾刀刀圈試樣磨損的影響規(guī)律。 采用有限元方法研究盤形滾刀破巖過程中的接觸特性,分析了盤形滾刀運動學特性、盤形滾刀與巖石接觸應力分布及變化特性、盤形滾刀所受三向力的特點,并選擇了合理的接觸應力和速度瞬心計算模型。 建立了盤形滾刀刀圈表面點與巖石的相對滑動量計算模型,并結(jié)合磨損仿真基本模型以及盤形滾刀與巖石的接觸應力模型建立了盤形滾刀磨損預測仿真模型。對定西工程大理石巖層的掘進段進行盤形滾刀磨損仿真和磨損量測量,仿真預測值與實測值基本相符。仿真發(fā)現(xiàn)在正面磨損與側(cè)面磨損同時作用下,盤形滾刀刀刃逐漸磨損成尖形,與實際施工中盤形滾刀磨損后的形態(tài)一致。結(jié)果證明了預測模型及仿真方法的有效性。隨后研究了盤形滾刀安裝半徑、刀盤掘進參數(shù)以及地質(zhì)條件對盤形滾刀磨損特性的影響規(guī)律。 在Matlab GUI中建立了盤形滾刀磨損演變仿真平臺,將論文研究推向工程應用。對甘肅定西工程某掘進段TBM刀盤各個刀位處的盤形滾刀磨損演變過程進行仿真,仿真結(jié)果與實際相符。圖87幅,表22個,參考文獻75篇
【關(guān)鍵詞】：全斷面巖石掘進機 盤形滾刀 磨損演變 數(shù)值模擬 仿真平臺
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU621;TH117
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 符號說明10-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景及課題來源11-13
• 1.1.1 課題研究背景11-13
• 1.1.2 課題來源13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 TBM盤形滾刀磨損機理研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 TBM盤形滾刀磨損壽命預測研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.3 TBM盤形滾刀磨損對破巖的影響研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 磨損數(shù)值仿真研究形狀16-17
• 1.3 論文研究目的及意義17
• 1.4 論文研究內(nèi)容及技術(shù)路線17-19
• 2 TBM盤形滾刀磨損機理及其磨損率試驗研究19-37
• 2.1 引言19-20
• 2.2 盤形滾刀磨損機理分析20-23
• 2.3 盤形滾刀的磨損率及磨損試驗研究23-30
• 2.3.1 磨損率及其計算方法23
• 2.3.2 盤形滾刀磨損試驗研究23-27
• 2.3.3 磨損試驗結(jié)果分析27-30
• 2.4 巖石磨耗性試驗及分析30-36
• 2.4.1 流行的巖石磨耗性試驗30-33
• 2.4.2 巖石磨耗性試驗中鋼的磨損系數(shù)33-36
• 2.5 本論文仿真采用的材料磨損率36
• 2.6 本章小結(jié)36-37
• 3 盤形滾刀與巖石的接觸特性研究37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 盤形滾刀與巖石的接觸應力特性及理論模型37-41
• 3.2.1 盤形滾刀簡介37-38
• 3.2.2 盤形滾刀與巖石的接觸過程及接觸應力模型38-41
• 3.3 Abaqus仿真環(huán)境41-42
• 3.4 盤形滾刀與巖石接觸過程三維數(shù)值模擬42-47
• 3.4.1 模擬工況42-43
• 3.4.2 刀圈及巖石的參數(shù)化建模43-44
• 3.4.3 材料模型的選取44-46
• 3.4.4 相互作用及邊界條件的設定46-47
• 3.5 仿真結(jié)果分析47-56
• 3.5.1 盤形滾刀破巖過程分析47-48
• 3.5.2 盤形滾刀運動學特性48-51
• 3.5.3 盤形滾刀與巖石接觸應力分布特性分析51-55
• 3.5.4 盤形滾刀破巖過程中三向力分析55-56
• 3.6 本章小結(jié)56-57
• 4 盤形滾刀磨損數(shù)值仿真模型研究57-76
• 4.1 引言57
• 4.2 磨損數(shù)值仿真基本模型57-58
• 4.3 TBM盤形滾刀磨損仿真模型58-68
• 4.3.1 盤形滾刀與巖石接觸應力模型58
• 4.3.2 盤形滾刀與巖石接觸區(qū)運動學模型58-64
• 4.3.3 盤形滾刀與巖石接觸區(qū)內(nèi)相對滑動的討論64-67
• 4.3.4 盤形滾刀磨損仿真中的磨損步長計算式67
• 4.3.5 盤形滾刀破巖過程磨損仿真流程67-68
• 4.4 TBM盤形滾刀磨損仿真工程實例及驗證68-72
• 4.4.1 刀盤配置及掘進工況68-69
• 4.4.2 工程上盤形滾刀磨損量測量69-70
• 4.4.3 結(jié)果及誤差分析70-72
• 4.5 盤形滾刀磨損特性影響因素研究72-75
• 4.5.1 盤形滾刀安裝半徑影響72-73
• 4.5.2 刀盤掘進參數(shù)影響73-74
• 4.5.3 地質(zhì)條件影響74-75
• 4.6 本章小結(jié)75-76
• 5 盤形滾刀磨損演變數(shù)值模擬平臺開發(fā)76-88
• 5.1 引言76
• 5.2 盤形滾刀磨損演變數(shù)值模擬平臺的開發(fā)76-80
• 5.2.1 功能需求及模塊劃分76
• 5.2.2 仿真平臺的實現(xiàn)76-80
• 5.3 工程應用實例80-87
• 5.3.1 工程概況80-82
• 5.3.2 刀具使用情況82-83
• 5.3.3 仿真結(jié)果83-87
• 5.4 本章小結(jié)87-88
• 6 全文總結(jié)與展望88-90
• 6.1 全文總結(jié)88-89
• 6.2 展望89-90
• 參考文獻90-95
• 攻讀碩士期間的主要研究成果95-96
• 致謝96

【參考文獻】

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中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李寶良;線接觸磨損數(shù)值仿真及應用研究[D];大連交通大學;2010年

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本文編號：893716