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1、国内图书分类号：TH117.1密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学研究生学位论文边滚刀破岩特性的数值模拟与优化布置研究年级二〇一五级姓名宋颖鹏申请学位级别工学硕士专业机械设计及理论指导老师管会生教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TH117.1U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisNUMERICALSIMULATIONOFROCK-BREAKINGCHARACTERISTICSANDOPTIMALLAYOUTOFTHEEDGEDISCCUT
2、TERGrade:2015Candidate:SongYingpengAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:MechanicalDesignandTheorySupervisor:Prof.GuanHuishengMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩
3、印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1.保密□,在年解密后适用本授权书;2.不保密□,使用本授权书。“”(请在以上方框内打√)∶莎学位论文作者签名:姘杉觯弼殇指导老师签名:箔钆‰日期:冫口/‘.【./o日期:'lg,厂丿J-西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下:1、在正面滚刀破岩力预测模型的基础上,考虑边滚刀安装倾角的影响,给出了边滚刀的垂直力、滚动力和侧向力的理论计算模型;基于破岩比能耗概念给出了边滚刀破岩体积的计算方法并分析了破岩效率的影响因素。2、以成都地铁某
4、盾构刀盘为例,利用ABAQUS有限元分析软件对核9-胡2边滚刀建立破岩仿真数值模型,结果显示仿真值与理论计算值的变化趋势基本一致,越靠近刀盘边缘滚刀的破岩比能耗越大,与工程实际相符,验证了数值仿真的可行性。3、基于边滚刀破岩仿真模型研究了滚刀刀圈刃宽、刃角、安装倾角、刀盘圆弧过一步利用正交试验方法研究多因素综渡半径单因素作用下破岩效率的变化规律,并进合作用对破岩效率的影响,运用sPss软件求解得到安装倾角是影响最显著的因素。在此基础上以倾角差递减的方式对刀盘实例的边滚刀安装倾角优化布置,优化后总体比能耗减小12.17%。4、基于安
5、装倾角优化结果对边滚刀的安装位置进行优化布置,建立了以刀盘最小径向不平衡力和最小倾覆力矩为目标函数的多目标优化模型,利用粒子群算法进行求解优化后径向不平衡力减小了15.31%,倾覆力矩减小了19.39%,且满足刀具布置原则本人郑重声明:所呈交的学位论文,是在导师指导下独立进行研究工作所得的成论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰果。除文中己经注明引用的内容外,本。写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均己在文中作了明确说明一切法律责任将由本人承担。本人完全了解违反上述声明所引起的学位论文作者签名:衤貅鸸日期:冫@丿.
6、`夕`.‘西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要近年来盾构施工法在城市隧道工程中的应用越来越广泛，边缘滚刀作为盾构刀盘系统的主要组成部分之一，其破岩特性和布置方式的研究对于提升盾构施工质量和效率具有重要意义。本文在查阅国内外大量文献的基础上，结合工程实际，建立了边滚刀破岩数值仿真模型，利用正交试验方法分析破岩效率影响因素的显著性，并提出了边滚刀的优化布置方案。具体研究工作如下：1、根据滚刀的安装位置将其分为中心滚刀、正面滚刀和边滚刀，在正面滚刀破岩力预测模型的基础上，考虑边滚刀安装倾角的影响，给出了边滚刀的垂直力、滚动力和侧向力
7、的理论计算模型；基于破岩比能耗概念给出了边滚刀破岩体积的计算方法并分析了破岩效率的影响因素。2、以成都地铁某盾构刀盘为例，确定了滚刀与岩体的材料和尺寸参数，利用ABAQUS有限元分析软件对#29-#32边滚刀建立破岩数值仿真模型，将仿真得到的破岩力与理论计算值对比，结果显示，仿真值与理论值的变化趋势基本一致，并计算得到越靠近刀盘边缘的滚刀破岩比能耗越大，与工程实际相符，验证了数值仿真的可行性。3、基于边滚刀破岩仿真模型研究了滚刀刀圈刃宽、刃角、安装倾角、刀盘圆弧过渡半径单因素作用下破岩效率的变化规律，并进一步利用正交试验方法研究多
8、因素综合作用对破岩效率的影响，运用SPSS软件求解得到安装倾角是影响最显著的因素。在此基础上对该刀盘边滚刀安装倾角进行优化，通过多组仿真得到首把边滚刀最优倾角为7°，并以倾角差递减的方式布置后序滚刀，仿真验证了优化后总体比能耗减小12.17%。4、
