[發明專利]基于磨粒接觸力學的盾構機盤形滾刀磨損預測方法

在審

• 申請號: 202210218038.0
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114638134A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 彭繼勇;梁冠文;鄺利軍;張鵬輝;羅文;李凱;柳偉;雷軍;徐長勝;于廣明;蘇賜從;張立;李平;陳樹榮;陳澤;劉浩
• 申請（專利權）人: 中國建筑第五工程局有限公司;青島理工大學;中國建筑股份有限公司;中國建設基礎設施有限公司;中建南方投資有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

1.基于磨粒接觸力學的盾構機盤形滾刀磨損預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A、對盤形滾刀結構物理模型進行分析，計算盤形滾刀磨粒間接觸力，具體包括：

步驟A1、將盾構機盤形滾刀視為是由一系列具有特定力學性質的金屬磨粒堆積膠結而成，并假定磨粒為標準球形，每個標準球形磨粒單元視為無限剛性體，磨粒的接觸視為柔性接觸，且磨粒間的接觸為點接觸；

步驟A2、計算盤形滾刀磨粒間接觸力：

步驟A21、計算a，b兩相鄰磨粒間的法向位移Uⁿ和切向位移U^s；

Uⁿ＝R_(a)+R_(b)-d；

U^s＝Δ_sa+Δ_sb；

其中，R_(a)、R_(b)表示盾構機盤形滾刀兩相鄰磨粒的半徑，d表示兩相鄰磨粒間球心的距離，Δ_sa、Δ_sb分別為磨粒a、b在沿兩磨粒球心連線方向的垂直方向的位移；

步驟A22、計算磨粒法向接觸力和磨粒切向接觸力；

磨粒間接觸力F與磨粒切向接觸力F^s和磨粒法向接觸力Fⁿ之間的關系為：

F＝F^s+Fⁿ；

Fⁿ＝kⁿUⁿ：

F^s＝k^sU^s：

其中，kⁿ為法向接觸剛度，k^s為切向接觸剛度；

步驟B、同時結合試驗分析，得到磨粒粘結斷裂抗拉強度和抗剪強度

步驟C、將步驟A計算的磨粒法向接觸力和磨粒切向接觸力和步驟B計算的磨粒粘結斷裂抗拉強度和抗剪強度進行對應的比較分析，確定失效磨粒數量，若失效磨粒數量大于總體磨粒數量的10％，則認為盾構機盤形滾刀內部磨損嚴重、裂紋擴展，，反之則認為盾構機盤形滾刀磨損不嚴重，裂紋擴展情況輕微。

2.根據權利要求1所述的基于磨粒接觸力學的盾構機盤形滾刀磨損預測方法，其特征在于：所述步驟A22中，在計算磨粒間法向接觸力和切向接觸力時，盤形滾刀的受力狀態從無到有，逐漸變化，將滾刀的變形過程做微分處理，形成若干各法向位移變量ΔUⁿ、切向位移變量ΔU^s，則有：

ΔFⁿ＝kⁿΔUⁿ：

ΔF^s＝k^sΔU^s；

進而依據以下迭代循環關系計算所有磨粒間法向接觸力和切向接觸力大小：

Fⁿ←Fⁿ+ΔFⁿ

F^s←F^s+ΔF^s

其中，ΔFⁿ為磨粒法向接觸力Fⁿ的剪切力變量，ΔF^s為磨粒切向接觸力F^s的剪切力變量。

3.根據權利要求2所述的基于磨粒接觸力學的盾構機盤形滾刀磨損預測方法，其特征在于：所述步驟A22中，當磨粒法向接觸力和切向接觸力對應的達到或超過30％粘結斷裂抗拉強度和抗剪強度值時，認為磨粒進入塑性狀態，產生新的位移：

其中，x_i^(t+/Δt/2)，為t+Δt/2時的速度以及加速度，x_i^(t)為t時刻的速度，Δt為對滾刀變形進行監測的時間間隔。