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TBM滚刀刃形对刀-岩接触损伤行为影响机理研究

Effects of TBM cutter profile on cutter-rock contact and damage behaviors

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使用颗粒流离散元-有限差分混合模型对全断面隧道掘进机(TBM)盘形滚刀破岩过程进行了数值仿真研究,针对工程实际中最常用的2种刃形的TBM滚刀,即平顶滚刀和圆顶滚刀,探究了滚刀截面形状(即刃形)对刀-岩接触损伤行为产生影响的机理和规律.结果表明:所采用模型对可能发生损伤破坏的岩石区域使用颗粒流离散元法建模,而远离滚刀-岩石接触区的岩体使用基于连续介质力学的有限差分模型建模,可以在不影响计算精度的前提下有效地降低滚刀破岩仿真耗时.圆顶滚刀与岩石之间的接触区域和应力集中范围较小,使得在相同的切削深度下,圆顶滚刀所需的切削力更低;但圆顶滚刀裂纹扩展能力相对较弱,导致产生的岩石碎片体积有所减小.基于切削力和破岩体积两个参数计算了比能,发现圆顶滚刀的比能较低,表明形成单位体积的岩石碎片时,圆顶滚刀所需的能量更少.开展缩比滚刀破岩实验对仿真结果进行了定性证明.关于滚刀刃形对其破岩性能影响机理的研究可为TBM滚刀的研发和使用提供实际指导.

勾斌、段文军、莫继良、张蒙祺

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西南交通大学 机械工程学院 摩擦学研究所, 成都 610031

西南交通大学 盾构/TBM 装备摩擦学设计实验室, 成都 610031

中铁高新工业股份有限公司, 北京 100070

全断面隧道掘进机 盘形滚刀 数值仿真 颗粒流离散元法 破岩性能

国家自然科学基金中国博士后科学基金四川省重点研发项目成都市重大科技创新项目

520054192019M663898XB21ZDYF36582019-YF08-00100-GX

2022

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2022.12.034

重庆理工大学学报
重庆理工大学

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CSTPCD北大核心
影响因子：0.567
ISSN：1674-8425
年,卷(期)：2022.36(12)
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