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随着国内大中城市轨道交通建设飞速发展,地下隧道工程已进入高速发展期,我国已成为全球掘进装备需求量最多的国家。国内盾构技术也在不断提升,现有的硬岩掘进机(TBM)已近百台,其中2011年前已有35台,虽数量看似不少,但是大部分TBM已接近服役期限,若直接报废将带来巨大的资源浪费。刀盘处于TBM最前沿,与岩土直接接触,是影响TBM掘进效率最重要的部件。为解决国内大量TBM刀盘未能全寿命使用,以及再制造刀盘损伤机理研究等相关问题。通过阅读国内外文献,本文开展了TBM刀盘结构分析、宏观、微观及多元损伤方向的研究,对于提高已服役刀盘利用率、延长其服役寿命、降低成本具有重要意义。主要研究内容如下:(1)介绍了TBM刀盘结构类型,分析影响刀盘掘进性的主要参数;针对中方五分式TBM刀盘进行关键掘进参数的力学分析;建立典型TBM刀盘三维模型,应用ABAQUS有限元分析得到刀盘易发生损伤缺陷区域;(2)TBM刀盘常见宏观损伤(裂纹、变形、蠕变、焊缝开裂及疲劳损伤)的机理深入研究;针对刀盘单一宏观损伤构建典型刀盘损伤分析模型并推导了刀盘损伤程度计算方法;同时,分析对比了常见的损伤检测方法;(3)研究了细观力学知识、基因理论、金属微观损伤等先进模型,结合刀盘细小裂纹尖端应力分析探讨了TBM刀盘微观损伤相关研究。从细观力学角度,分析GTN本构模型,建立与刀盘损伤研究的联系;通过基因理论将刀盘损伤标记,遗传算法讨论刀盘损伤演变;推导刀盘在循环载荷下微观损伤裂纹萌生和裂纹尖端应力与循环次数的关系式;(4)创造性的提出再制造刀盘多元损伤耦合研究框架;主要从线性耦合和非线性耦合两方面简要分析了典型刀盘损伤耦合的关联影响因素和所涉及的相关模型方法的关系。为下一步再制造刀盘的多元损伤耦合整体模型研究、再制造刀盘剩余寿命预测和刀盘再制造评价做基础。