盾构刀盘振动掘削动力学建模与仿真研究

作者：蒋建东^*; 章恩光; 赵颖娣; 李聪聪; 乔欣

来源：机械工程学报, 2019, 55(05): 113-120.

• 刀盘
• 振动掘削
• 数值仿真
• 动力学建模
• LS-DYNA

研究主动振动激励对盾构刀盘掘削的推进力及扭矩的影响。在加振动激励影响下,刀具与土体接触状态变化和土体结构参数不稳定,实现了盾构刀盘振动掘削减阻的效果。在数值模型中,土壤失效采用Drucker-Prager破坏准则,利用LS-DYNA软件建立了刀盘掘削土壤有限元动力学模型。刀盘在推进和圆周旋转方向分别施加主动余弦激振,对掘进过程中的刀盘推进力及扭矩曲线做了数据分析。结果表明,在旋转方向施加主动振动,掘削阻力随振幅增加而减少,能耗随振幅增加而增加。在16组正交试验中推进力、扭矩、能耗均减少。单独在旋转方向施加21.2×10-3 rad振幅,15 Hz的余弦激励可以实现推进阻力减少24.4%,扭矩减少22.3%,能耗增加4.3%。同时在推进方向施加0.254 mm振幅,10 Hz振动频率和旋转方向6.36×10-3rad以及20 Hz振动频率下,推进力减少1.3%,扭矩减少6.5%,能耗减少1.5%。

• 单位
  特种装备制造与先进加工技术教育部; 浙江工业大学