刀具破岩机理试验装置设计与仿真研究机械设计及理论专业论文.docxVIP

西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： (1)通过文献总结，分别研究了将国内外现有的掘进模拟试验装置、子系统单元 试验装置、刀具破岩试验装置三类试验装置的技术特点。对盾构刀具的类型、破岩机 理及受力预测模型进行了对比分析。 (2)利用ANSYS／LS．DⅥqA有限元数值模拟软件来对刀具破岩过程进行仿真试 验。观察仿真试验过程中岩样的破碎现象，并得到滚刀的破岩力试验值，与CSM预测 模型的理论值进行对比分析。以贯入度、刀问距和切割速度三个滚刀工作参数为变量 因素设计水平正交仿真破岩试验，得出三个因素对破岩过程的影响程度关系。 (3)通过对刀具破岩试验装置的研究，以文献总结和仿真试验为参考，提出试验 试验装置的总体设计方案，将试验装置分为竖直推进、回转切割、直线切割三个部分， 分别进行参数拟定和方案设计。得到了集成直线破岩和回转破岩两种模式于一体的试 验装置结构。 (4)在所建立的试验装置三维模型基础上，并以仿真破岩试验所得的破岩力为载 荷依据，利用W|orkbench有限元软件对装置结构进行两种不同试验工况的结构静力学 分析。对试验装置框架结构进行模态分析和谐响应分析，验证结构的抗振性能。并将 刀具破岩力作为时间历程载荷加载到试验装置上，进行瞬态动力学分析，确定了试验 装置的应力与变形随载荷变化的响应情况。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：越骂益 日期：础，§。IDl 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1页 摘 要 刀具是盾构机上最重要的部件之一。刀具破岩过程受到刀具结构参数、岩体性质、 刀具布置及工作参数等多种因素相互作用关系的影响，直接影响到了整个隧道施工的 进度。因此，深入研究刀具技术对研究盾构机性能参数匹配，及促进盾构施工的安全 与高效起着十分重要的作用。本文在通过总结大量相关文献的基础上，对刀具与岩体 的相互作用过程进行了有限元仿真破岩试验研究，并设计开发了一种集成回转切割模 式和直线切割模式于一体的多功能试验装置，从功能上更加全面地满足了刀具破岩试 验的要求。本文主要内容如下： (1)通过大量的文献总结，分别研究了将国内外现有的掘进模拟试验装置、子系 统单元试验装置、刀具破岩试验装置三类试验装置的技术特点。对盾构刀具的类型、 破岩机理及受力预测模型进行了对比分析。 (2)利用ANSYS／LS-DⅥ、IA有限元数值模拟软件来对刀具破岩过程进行仿真试 验。观察仿真试验过程中岩样的破碎现象，并得到滚刀的破岩力试验值，与CSM预测 模型的理论值进行对比分析。以贯入度、刀间距和切割速度三个滚刀工作参数为变量 因素设计水平正交仿真破岩试验，得出三个因素对破岩过程的影响程度关系。 (3)通过对刀具破岩试验装置的研究，以文献总结和仿真试验为参考，提出试验 试验装置的总体设计方案，将试验装置分为竖直推进、回转切割、直线切割三个部分， 分别进行参数拟定和方案设计。得到了集成直线破岩和回转破岩两种模式于一体的试 验装置结构。 (4)在所建立的试验装置三维模型基础上，并以仿真破岩试验所得的破岩力为载 荷依据，利用W|orkbenCh有限元软件对装置结构进行两种不同试验工况的结构静力学 分析。对试验装置框架结构进行模态分析和谐响应分析，验证结构的抗振性能。并将 刀具破岩力作为时问历程载荷加载到试验装置上，进行瞬态动力学分析，确定了试验 装置的应力与变形随载荷变化的响应情况。 关键词： 盾构刀具；试验装置；破岩试验；结构设计；有限元 万方数据 西南交通大学硕士研究生学位论文 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1I页 Abstract CuttiI坞tool is one of the most impo比mt cornponents of s量lield maChine．Rock broken process is uIlder me innuence of many f-aCtors．Thus，f蛐er study of cutting tool tecllIlology is of great imponance to matCh the perf．omance parameters of s11ield a11d promote the s11ield constmction safe够aIl