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盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟

作　者: 满林涛
导　师: 李守巨
学　校: 大连理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 隧道掘进机盘形滚刀破岩机理数值模拟 Drucker-Prager模型
分类号: U455.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,随着我国大规模基础建设的全面发展以及建设速度的日益加快,机械施工设备的需求量不断增加,对施工机械的自动化水平要求也越来越高。然而,与国外的先进水平相比,我国机械行业在设计理论及制造方面还存在着一定差距,特别是用于水利水电及地下工程施工的大型机械化设备,所以,对作为隧道施工的全断面岩石掘进机进行开发设计及研究就显得尤为重要。根据TBM施工现场观测及现有的实验室滚刀破岩试验,分析了盘形滚刀的破岩机理,得到了滚刀的受力曲线；总结并归纳了岩石的破坏准则,利用已有的滚刀受力预测模型对给定的某工程实例进行了受力分析,并与实验室滚刀破岩试验得到的受力曲线进行了对比,验证了预测公式的适用性。基于Drucker-Prager模型,采用ABAQUS有限元软件分别建立了单把滚刀和双把滚刀切割岩石的有限元模型,模拟了滚刀破碎岩石的动态效果,仿真结果符合滚刀实际切削时岩屑的形成及脱落过程。通过应力分布及滚刀的受力曲线分析,运用比能方法确定了不同切割深度下单把滚刀破岩的最佳切深以及不同刀间距下双把滚刀破岩的最优刀间距,并对同时切割和顺次切割条件下的破岩效果进行了对比,结果表明：两把滚刀同时切割岩石的破岩效果比顺次破岩效果好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-16
  1.1 研究课题的提出  8-12
  1.2 岩石掘进机滚刀破岩的国内外研究进展  12-14
    1.2.1 国外TBM滚刀破岩研究进展概况  12-13
    1.2.2 国内TBM滚刀破岩研究进展概况  13-14
  1.3 论文的主要工作  14-16
2 TBM滚刀破岩试验研究归纳总结  16-28
  2.1 TBM破岩刀具  16-19
    2.1.1 盘形滚刀的结构  17-18
    2.1.2 不同地质条件下刀具的选型  18-19
  2.2 TBM滚刀破岩试验研究总结  19-27
    2.2.1 TBM现场掘进试验  19-21
    2.2.2 TBM中南大学实验室试验研究  21-27
  2.3 本章小结  27-28
3 TBM滚刀破岩理论分析研究  28-40
  3.1 滚刀破岩理论  28-31
    3.1.1 CSM破岩模型  28-29
    3.1.2 东北工学院模型  29-30
    3.1.3 华北水电学院模型  30
    3.1.4 上海交通大学预测模型  30-31
  3.2 破坏准则  31-37
    3.2.1 最大线应变强度理论  31-32
    3.2.2 Tresca强度准则  32-33
    3.2.3 Von Mises强度准则  33
    3.2.4 Drucker-Prager强度准则  33-35
    3.2.5 Mohr-Coulomb强度准则  35-37
  3.3 滚刀破岩力工程实例参量分析  37-39
  3.4 本章小结  39-40
4 TBM盘形滚刀破岩过程有限元仿真分析  40-67
  4.1 ABAQUS简介  40-41
  4.2 岩石材料模型  41-43
  4.3 盘形滚刀破岩过程的有限元数值模拟  43-66
    4.3.1 单把滚刀作用下破岩过程有限元模拟  44-53
    4.3.2 双把滚刀作用下破岩过程有限元模拟  53-66
  4.4 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  73-74
致谢  74-75

盘形滚刀破岩过程有限元数值模拟

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