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盾构刀盘振动掘削动力学建模与仿真研究

盾构刀盘振动掘削动力学建模与仿真研究

Dynamic Modeling and Simulation of Shield Tunneling Cutter-head in Oscillatory Excavation

Dynamic Modeling and Simulation of Shield Tunneling Cutter-head in Oscillatory Excavation

doi:
10.3901/JME.2019.05.113
摘要:
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21.2x 10-3 rad振幅,15Hz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%.
作者 蒋建东 章恩光 赵颖娣 李聪聪 乔欣
Author: JIANG Jiandong ZHANG Enguang ZHAO Yingdi LI Congcong QIAO Xin
作者单位 浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室 杭州 310032
期 刊: 机械工程学报 ISTIC EI SCI PKU CSSCI
Journal: Journal of Mechanical Engineering
年,卷(期) 2019, 55(5)
分类号 U455
关键词: 刀盘 知识脉络 振动掘削 知识脉络 数值仿真 知识脉络 动力学建模 知识脉络 LS-DYNA 知识脉络
机标分类号
基金项目 国家自然科学基金资助项目
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