盾构刀盘振动掘削动力学建模与仿真研究

摘要：

研究主动振动激励对盾构刀盘掘削的推进力及扭矩的影响.在加振动激励影响下,刀具与土体接触状态变化和土体结构参数不稳定,实现了盾构刀盘振动掘削减阻的效果.在数值模型中,土壤失效采用Drucker-Prager破坏准则,利用LS-DYNA软件建立了刀盘掘削土壤有限元动力学模型.刀盘在推进和圆周旋转方向分别施加主动余弦激振,对掘进过程中的刀盘推进力及扭矩曲线做了数据分析.结果 表明,在旋转方向施加主动振动,掘削阻力随振幅增加而减少,能耗随振幅增加而增加.在16组正交试验中推进力、扭矩、能耗均减少.单独在旋转方向施加21.2x 10-3 rad振幅,15Hz的余弦激励可以实现推进阻力减少24.4％,扭矩减少22.3％,能耗增加4.3％.同时在推进方向施加0.254 mm振幅,10 Hz振动频率和旋转方向6.36×10-3rad以及20 Hz振动频率下,推进力减少1.3％,扭矩减少6.5％,能耗减少1.5％.

关键词：刀盘、振动掘削、数值仿真、动力学建模、LS-DYNA

所属期刊栏目：55

分类号：U455(隧道工程)

资助基金：国家自然科学基金资助项目51375456

在线出版日期：2019-05-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：113-120