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TBM滚刀刃形对刀-岩接触损伤行为影响机理研究
被引量：
3
1
作者
勾斌
段文军
+1 位作者
莫继良
张蒙祺
《重庆理工大学学报（自然科学）》
CAS
北大核心
2022年第12期269-280,共12页
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...
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。
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关键词
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
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职称材料
不同岩石和围压下刃形对滚刀破岩性能的影响
被引量：
2
2
作者
张蒙祺
王一博
+4 位作者
章龙管
段文军
苏叶茂
莫继良
周仲荣
《西南交通大学学报》
EI
CSCD
北大核心
2023年第2期332-339,共8页
滚刀位于全断面隧道掘进机(TBM)最前端,与岩石直接发生接触,是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓(刃形)对其破岩性能的影响机理和规律,对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离...
滚刀位于全断面隧道掘进机(TBM)最前端,与岩石直接发生接触,是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓(刃形)对其破岩性能的影响机理和规律,对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离散元模型,针对工程中最常用的平头滚刀和圆弧滚刀,选取两种强度不同的岩石并对其中一种施加固定10 MPa围压;然后,开展滚刀破岩仿真,通过分析比能、破岩体积、刀具载荷、裂纹数量等结果,对滚刀刃形与岩石破碎的关联性进行研究;最后,通过缩比滚刀破岩实验验证数值分析所得结论的正确性.分析结果表明:滚刀刃形对其破岩性能影响显著,在本文所涉及参数范围内,对于多数岩石强度与围压组合,圆弧滚刀比能均低于平头滚刀比能,平均降低19.8%;圆弧滚刀破岩力比平顶滚刀破岩力平均低32.6%,表明破岩过程中圆弧滚刀做功较少,而二者产生的岩石碎片总体积相差不大(平均差值7%),则圆弧滚刀破除单位体积岩石所消耗的能量更少.综上所述,两种常用滚刀刃形相比,在岩石强度与围压较高的地层中可考虑优先选用圆弧滚刀.
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关键词
全断面隧道掘进机
滚刀刃形
比能
颗粒流离散元法
缩比滚刀破岩实验
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职称材料
题名
TBM滚刀刃形对刀-岩接触损伤行为影响机理研究
被引量：
3
1
作者
勾斌
段文军
莫继良
张蒙祺
机构
西南交通大学机械工程学院摩擦学研究所
西南交通大学盾构/TBM装备摩擦学设计实验室
中铁高新工业股份有限公司
出处
《重庆理工大学学报（自然科学）》
CAS
北大核心
2022年第12期269-280,共12页
基金
国家自然科学基金项目(52005419)
中国博士后科学基金项目(2019M663898XB)
+1 种基金
四川省重点研发项目(21ZDYF3658)
成都市重大科技创新项目(2019-YF08-00100-GX)。
文摘
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。
关键词
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
Keywords
tunnel boring machine
disc cutter
numerical simulation
particle flow discrete element method
rock-cutting performance
分类号
TH122 [机械工程—机械设计及理论]
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职称材料
题名
不同岩石和围压下刃形对滚刀破岩性能的影响
被引量：
2
2
作者
张蒙祺
王一博
章龙管
段文军
苏叶茂
莫继良
周仲荣
机构
西南交通大学机械工程学院
中铁工程服务有限公司
出处
《西南交通大学学报》
EI
CSCD
北大核心
2023年第2期332-339,共8页
基金
国家自然科学基金(52005419)
四川省科技重点研发项目(21ZDYF3658)。
文摘
滚刀位于全断面隧道掘进机(TBM)最前端,与岩石直接发生接触,是执行破岩掘进的关键零部件.研究TBM滚刀截面轮廓(刃形)对其破岩性能的影响机理和规律,对指导工程实际中滚刀选型与设计、提高TBM掘进效率具有重要意义.首先建立二维颗粒流离散元模型,针对工程中最常用的平头滚刀和圆弧滚刀,选取两种强度不同的岩石并对其中一种施加固定10 MPa围压;然后,开展滚刀破岩仿真,通过分析比能、破岩体积、刀具载荷、裂纹数量等结果,对滚刀刃形与岩石破碎的关联性进行研究;最后,通过缩比滚刀破岩实验验证数值分析所得结论的正确性.分析结果表明:滚刀刃形对其破岩性能影响显著,在本文所涉及参数范围内,对于多数岩石强度与围压组合,圆弧滚刀比能均低于平头滚刀比能,平均降低19.8%;圆弧滚刀破岩力比平顶滚刀破岩力平均低32.6%,表明破岩过程中圆弧滚刀做功较少,而二者产生的岩石碎片总体积相差不大(平均差值7%),则圆弧滚刀破除单位体积岩石所消耗的能量更少.综上所述,两种常用滚刀刃形相比,在岩石强度与围压较高的地层中可考虑优先选用圆弧滚刀.
关键词
全断面隧道掘进机
滚刀刃形
比能
颗粒流离散元法
缩比滚刀破岩实验
Keywords
tunnel boring machine
cutter profile
specific energy
particle flow discrete element method
reduced-scale rock cutting experiment
分类号
TH122 [机械工程—机械设计及理论]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
TBM滚刀刃形对刀-岩接触损伤行为影响机理研究
勾斌
段文军
莫继良
张蒙祺
《重庆理工大学学报（自然科学）》
CAS
北大核心
2022
3
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职称材料
2
不同岩石和围压下刃形对滚刀破岩性能的影响
张蒙祺
王一博
章龙管
段文军
苏叶茂
莫继良
周仲荣
《西南交通大学学报》
EI
CSCD
北大核心
2023
2
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