TBM盘形滚刀破岩过程的数值研究

采用ANSYS/LS-DYNA对TBM(tunnel boring machine)滚刀切削岩石的过程进行动态模拟和动力学分析,研究了破岩过程中滚刀的受力情况和滚刀贯入度及滚动速度对切削力的影响规律.结果表明,当岩石单轴抗压强度为45 MPa时,滚刀承受的侧向力、滚动力及正向力的平均值分别约为0、0.45、4.5 k N,在该工况下滚刀的最佳贯入度及滚动速度分别为10 mm和3.6 r/min.研究结果为工程人员在次硬围岩的工况下设计工作参数提供了合理依据.     

基于FEM-SPH耦合的TBM滚刀切削仿真与试验研究

针对现有隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀切削过程有限元仿真难以复现密实核传力演化机制所致的刀下超破、刀间欠破问题,采用有限元方法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)相耦合的...     

隧洞掘进机盘形滚刀滚动分析

文章首先从盘形滚刀与岩石支承面间的受力进行分析,并由力的平衡方程式得出了垂直推压力 Q 与水平推动力 P 及滚动阻力系数(切割系数)f 之间的相互关系;然后提出了盘形滚刀要达到纯滚动的两个条件;对滚动阻力系数 f 值与附着系数(?)值的确定作了探讨,在对现有 f 值预测公式分析的基础上提出了计算 f 值的新公式。     

不同岩石特性下TBM滚刀刀圈磨损性能

为了研究岩石特性对TBM滚刀刀圈磨损的影响,本文基于TBM滚刀性能测试试验台,利用与实际TBM滚刀刀圈性能相同的滚刀刀圈试样,开展了滚刀刀圈试样与5种TBM工程典型岩石的对摩实验。结果表明:随着对摩岩石抗压强度的升高,刀圈试样的磨损量呈递增趋势,与红砂岩对摩时刀圈试样的磨损量最小,为0.2 g;与片麻岩对摩时刀圈试样的磨损量最大,为35.18 g;与红砂岩、锈石、花岗岩、汨罗麻岩四种岩石对摩时,刀圈试样的磨损去除机制均以微观切削去除为主,只是微观切削去除的程度不同;与片麻岩对摩时,刀圈试样所受载荷和振动较大,刀磨损机制转变为以微观切削和脆性断裂去除机制为主,导致刀圈试样磨损量剧增。本研究成果可为不同岩石特性下TBM滚刀刀圈性能选型提供借鉴和参考。     

V形刃切削切屑卷曲的试验研究

对Ｖ形刃刨削和锋利单尖车刀车削的切屑卷曲进行了试验研究，并对试验结果进行了分析，得到了切屑卷曲半径随切削条件变化的规律，以及刀尖对切屑卷曲的作用，从而为进一步深入研究三维切削的切屑卷曲机理奠定了基础。     

断续节理岩体的TBM滚刀破岩机理研究

为了推广全断面隧道掘进机(TBM)在节理发育地层中的应用,研究断续节理地质条件下TBM滚刀的破岩过程、破岩模式及效率具有重要意义。采用一种新的无网格数值模拟方法即广义粒子动力学(GPD)法,研究断续节理倾角的变化对滚刀破岩模式及效率的影响。结果表明:对含单根断续节理的岩体,节理尖端越靠近加载面,同时越靠近滚刀加载位置时,节理对中央裂纹和破岩深度的抑制作用越大;断续节理倾角对破岩效率的影响不同于连续节理,滚刀切入率P75°P0°P90°P30°P60°P45°P15°,即按照此顺序破岩难度逐渐减小。     

硬质岩层中TBM滚刀破岩效率预测模型研究

硬质岩层的盾构施工中,全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)滚刀破岩效率的研究及工程实践广受关注,目前已有的研究成果不能很好地指导TBM掘进参数的设定以及有效提升破岩效率.为解决这一问题,在破岩效率评价标准的基础上,基于比能耗理论对TBM滚刀破岩效率预测模型展开研究.首先,分别推导得...     

地铁隧道基底饱水风化软岩动力特性试验研究

为探究在列车长期循环荷载作用下地铁隧道基底风化软岩的累积塑性应变变化规律,以南昌地铁基底泥质粉砂岩为研究对象,开展不同风化程度饱水泥质粉砂岩在动应力比、静偏应力比、围压和频率等工况的室内动三轴试验,研究在不同影响因素下饱水风化泥质粉砂岩的动力变形特性规律。结果表明：在不同影响因素下,全、中风化泥质粉砂岩累积应变分别在加载1 000、100次开始趋于稳定;全风化泥质粉砂岩的临界动应力比在0.3~0.4之间;与不同动应力比和静偏应力比情况相比,改变围压和频率对两种风化泥质粉砂岩累积应变影响不大;通过分析试验结果数据,提出考虑加载次数、动应力比等因素的累积塑性应变数学模型。     

齿轮滚刀重磨齿形误差的研究

本文采取计算和实测方法分析了齿轮滚刀重磨后齿形的变化．认为齿面畸变是重磨齿形误差的主要原因．在此基础上提出了滚刀重磨齿形误差的实测补偿法．该方法可有效地增加滚刀的齿形合格长度．特别对大模数齿轮滚刀更有应用价值。．     

节理岩体下TBM单刃和双刃滚刀破岩特性研究

为了研究在考虑节理地质条件下的两种TBM滚刀破岩规律,采用颗粒离散元法建立不同节理特征下两种滚刀的侵入破岩模型,分析节理岩体下两种滚刀侵入破岩的动态过程、裂纹扩展等规律。研究表明:两种滚刀在侵入节理岩体时,裂纹形成和扩展分为两个典型阶段,两种滚刀在受力以及裂纹数目上存在差异;随节理特征的改变,节理对两种滚刀作用下的裂纹扩展呈引导和阻隔效应,节理间距超过80 mm后,双刃滚刀作用下的裂纹扩展依然受到节理的控制;依据两种滚刀破岩产生的岩碴方式分为常规破岩和节理面协同破岩两种形式;单刃滚刀作用下岩体内部的应力分布随节理倾角变化而偏转,双刃滚刀作用下的应力分布随节理倾角变化影响不大;两种滚刀破岩效率随节理特征改变而改变,当刀间距合适时,双刃滚刀相比单刃滚刀破岩效率要高;双刃滚刀侵入节理岩体存在一个最优刀间距使得破岩效率最高,最优刀间距随节理倾角增加先增大后减小。     

饱水红砂岩冻融特性试验研究

以西北地区多孔隙、易风化典型红砂岩为研究对象,研究冻融作用对红砂岩力学特性影响,分别测定1,2,3次冻融后不同围压条件下,常温/负温红砂岩物理力学参数.试验结果表明:1)3次冻融后,红砂岩表面未产生剥落或开裂现象,但孔隙率和损伤变量增大;2)随冻融次数增加,红砂岩强度和黏聚力逐渐减小,摩擦角增大,负温条件下红砂岩强度和黏聚力始终大于常温条件;3)强度影响系数随冻融次数增加而减小,随围压增加而增大,影响系数大于1时,围压对红砂岩强度的增强作用大于冻融对岩石强度的损伤作用;4)冻融后常温红砂岩压缩破坏主破裂面断面粗糙,有颗粒剥落,产生多条裂纹,破碎严重;负温红砂岩压缩破坏主要为单破裂面剪切破坏,无次裂纹产生.依据以上研究成果,建议冻结工程选用低发热的水泥和炸药,减少冻结壁暴露时间.     

甜菜切削的试验研究

用切削实验的方法，研究了切削甜菜菜丝时，切削工艺参数、刀具几何参数与菜丝形状、切削力及出糖率之间的规律，为确定合理的工艺条件提供了依据。     

干燥和饱水裂隙砂岩破坏电磁辐射特征研究

为研究孔隙水对裂隙岩石破坏过程中电磁辐射(EMR)特征的影响,对含预制平行双裂纹的干燥与饱水砂岩进行了单轴压缩实验,同步采集电磁辐射信号,分析电磁辐射时-频特征,并讨论裂纹扩展与电磁辐射信号之间的关系.结果表明:水岩作用下,裂纹起裂应力水平降低,岩样破坏模式由单一沿岩桥-预制裂纹发生剪切破坏过渡到多裂纹剪切-拉张复合破坏.随着应力的增加,饱水岩样累计电磁辐射脉冲数平稳上升,干燥岩样则呈缓慢-剧烈上升模式且上升幅度明显高于饱水岩样.应力增加过程中,电磁辐射集中分布频段由较低频段逐渐过渡到较高频段,幅值呈现逐渐升高的趋势.相比干燥岩样,饱水岩样在加载前期的主频分布较高,但在加载中后期则较低.裂纹起裂时伴随着电磁辐射脉冲和主频突增现象,可以作为岩样失稳破坏的前兆特征,饱水岩样此特征更为明显.不同加载时期岩样的微观破裂模式和产生电磁辐射的主导机制存在差异,水分对电磁辐射信号的影响由加载前期的增强作用逐渐转变为加载中后期的减弱作用.     

超声波振动切削的试验研究

采用超声波振动切削,能明显地改善金属切削过程,较多地减小切屑变形和切削力、有利于消除积屑瘤和抑制切削过程中产生的自激振动等。因此,能显著地提高工件的表面光洁度和加工精度,并可对普通切削难以加工的材料进行加工或改善其加工性。 本文分析了超声波振动切削的理论基础,用实验方法对低碳钢(20~#)、不锈钢(Cr18Ni9Ti)、铝合金(Ly12)和淬火高速钢(W18Cr4V,HRc62～64)等材料的加工表面光洁,工件圆度及加工表面形态等方面说明超声波振动切削的可行性,为今后进一步开展这方面的研究应用提供理论与实践依据。     

斜角切削切屑变形试验研究

本文对斜角切削切屑变形的试验研究,主要通过(1)扫描电镜观察切屑形貌;(2)X—射线衍射测定切屑微观应变;(3)测定流屑平面内显微硬度值。提出了能反映位错运动特征的剪切前沿层片结构的平均层宽δ作为衡量切屑变形程度的新参数,并对前刀面的粘滞状况与摩擦变形的规律作了一些探讨;定性地分析刃倾角λ_3与切屑变形的关系;得出了若干有实际意义的结论。     

基于ABAQUS的岩石节理特征对滚刀破岩影响研究

目的研究岩石节理特征对全断面硬岩掘进机(TBM)滚刀破岩的影响,提高滚刀破岩效率.方法利用ABAQUS对含有不同节理特征的岩石进行建模仿真,模拟TBM滚刀切割含有不同节理特征岩石的过程,并观察分析其破碎效果.结果节理岩石破碎后的塑性应变在节理面处向岩石内部延伸;岩石的节理间距越大,岩石的破碎量越小;在节理间距相同的条件下,节理倾角为60°时,岩石破碎效率最高,而在节理倾角为90°时,岩石破碎效率最低.结论岩石的节理倾角对节理岩石裂纹的扩展有影响,而节理间距为150 mm时对其裂纹的扩展基本没有影响;当节理间距在80~100 mm范围内变化时,节理间距对岩石破碎效率影响较大.研究结果对于理解滚刀破岩机理,优化滚刀布置和提高掘进机刀具破岩效率具有重要意义.     

水下坡口机切削过程运动学研究

坡口机是海底输油管道维修的必需工具，它可以在水下或其它环境较恶劣的现场进行工作．根据其作业过程借助车铣原理建立了坡口机的运动学模型，针对坡口机的切削特点分别对径向进给运动、周向进给运动和径、周向合成铣削运动进行分析和探讨，并进行仿真验证．通过对仿真曲线分析得出了切削过程中各运动参数的关系，切削时运动参数选择原则以及实际工作可选择的切削方法．分析结果为实际坡口机的动力学分析和控制系统设计奠定基础。