TBM刀盘裂纹损伤特性及疲劳可靠性研究

摘要

刀盘作为硬岩掘进机(tunnel boring machine, TBM)工作过程中的核心受力载体，承受多方向的随机载荷，容易萌生裂纹导致疲劳失效，影响施工进度和安全，因此研究其裂纹疲劳可靠性具有重要意义。本研究通过受力分析得到刀盘易萌生裂纹区域及应力特征，并使用子模型技术法计算刀盘裂纹应力强度因子，研究刀盘裂纹损伤特性；然后结合裂纹疲劳理论，构建了以裂纹扩展寿命为基本变量的TBM刀盘裂纹疲劳可靠性评估模型，应用JC法求解刀盘在不同工作环境下的可靠度，并讨论了不同因素对刀盘可靠度的影响。研究表明：裂纹尖端最深处的裂纹扩展以张开型和撕开型为主，而裂纹两端3种扩展形式都存在；刀盘的裂纹疲劳可靠度随着初始裂纹深度的增大而显著减小，随着裂纹形状比的增大而增大，而临界裂纹深度的变化对可靠度的影响不明显。

关键词

TBM刀盘 / 裂纹疲劳可靠性模型 / JC法 / 可靠度

基金资助

国家重点研发计划资助项目(No.2020YFB2007202)