TBM盘形滚刀切削力学模型分析

摘要

为了研究盘形滚刀掘进过程中的切削特性,对盘形滚刀侵入岩石过程进行受力分析.通过对盘形滚刀与岩石作用机理的研究,基于摩尔-库仑强度理论,分析岩石的脆性断裂过程,建立一种考虑密实核作用的刀具载荷计算模型,得到滚刀侵入破岩的力学表达式.采用颗粒离散元法建立岩石破碎全过程的二维颗粒离散元数值模型,在不同的侵入深度下,对TBM盘形滚刀的破岩过程进行数值分析.然后通过直线式盘形滚刀破岩实验台,对TBM盘形滚刀在不同侵入深度下的破岩过程进行实验研究.研究结果表明:垂直力的数学模型理论计算结果、数值模拟结果和实验结果平均误差较小,验证了所建立的受力预测力学模型的正确性和有效性.