数字样机技术结合了虚拟现实技术、仿真技术和计算机三维图形技术,可以对产品的数字化原型进行设计开发、性能测试、制造仿真、应用仿真、结果分析、产品优化等过程。借助这一技术,可以在计算机中建立有限元模型,进行关于模型的有限元仿真,可以在计算机中建立机械系统的虚拟模型,来模拟实际情况中系统的动力学等不同方面的特性。可以采用多种软件,借助它们各自的优势,来进行联合仿真。隧道掘进机,是一种高度智能化、集机、电、液、光、计算机技术为一体的用于隧道施工的重大设备。而隧道掘进机具有自动化程度较高、施工速度较快、工程完成质量好、节省人力等特点。当今社会,隧道工程不断增多,隧道掘进机将得到长足发展。为了确保隧道掘进机的设计质量,缩短设计时间,减少设计费用,将数字样机技术引入到掘进机设计和研究过程中。本文的研究对象是德国维尔特TB803E型敞开式硬岩隧道掘进机。本论文的主要内容分为大体分成以下三大部分。第一部分,基于现有的滚刀破岩理论和有限元研究方法,采用ABAQUS软件,建立有限元仿真模型。通过改变刀间距、切割速度和磨损量几个参数的取值,来进行有限元仿真研究。将仿真得到的结果与由科罗拉多矿业学院公式计算得出的理论值进行对比,研究变化规律,并对得到的数据进行拟合,验证模型的合理性。第二部分,利用PRO/E软件的三维建模功能的优势,在PRO/E软件中建立掘进机的三维数字样机模型。将模型导入到ADAMS软件中,利用ADAMS在动力学仿真上的优势,在A DAMS软件的环境下,通过计算并设置掘进机掘进时的参数,来研究掘进机的推力与掘进速度、驱动转矩与刀盘角速度的关系。第三部分,利用ADAMS和MATLAB/Simulink对数字样机模型进行关于动力学和控制的联合仿真,通过采用PID控制方法,研究关于推力和掘进速度的控制性能,并改变初始推力和稳态速度等条件,研究速度响应曲线的变化规律,并研究在稳态速度突变的情况下,速度响应曲线的变化情况,研究系统重新恢复稳定的变化过程,为实际施工中掘进机的控制与操作提供一定的借鉴和指导。本文采用数字样机技术对敞开式硬岩掘进机的滚刀破岩和掘进运动的相关仿真,得到相应的结论。