申请/专利权人：福建工程学院

申请日：2023-03-16

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN117744305A

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06F30/17;G06F119/14;G06F119/12;G06F111/10

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.09#实质审查的生效;2024.03.22#公开

摘要：本发明公开基于EDEM离散元的TBM滚刀破岩模拟方法，其通过离散元软件实现TBM滚刀破岩的数值仿真模拟，为获取滚刀破岩的直线切割破岩载荷力提供一种方法；此外为分析深层环境下掘进界面岩石的力学性质及滚刀磨损提供理论支持。本发明的模拟方法可避免现场采集数据和岩石制备的麻烦，具有时间短、效率高、成本低、可重复性高等优点。

主权项：1.基于EDEM离散元的TBM滚刀破岩模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：1根据TBM滚刀的工况要求，得出滚刀的主要参数，并完成滚刀的三维建模；2在EDEM中采用自带的Hertz-Mindlin无滑移接触模型，同时考虑岩石的颗粒之间需要粘结力需采用Hertz-MindlinwithBonding接触模型；在Hertz-Mindlin无滑移接触模型中，Fn和Ft分别为两颗粒间的法向力和切向力，和为法向和切向阻尼力，μs为静摩擦系数；Hertz-MindinwithBonding在此基础上添加分析颗粒模型需要抵抗外力的破坏作用时，可以通过产生颗粒之间相互粘结的力以阻止颗粒之间的切向和法向的相对运动，当颗粒受到的外力达到最大法向或切向应力时这种粘结会发生相应的破坏，此后颗粒以离散的方式使用Hertz-Mindlin接触模型进行相互作用的运算；当Fn、Ft、Tn、Tt由0逐渐增加时，可由以下公式可推算：δFn＝-vnSnAδt；δFt＝-vtStAδt；δTn＝-wnStJδt； 其中A表示接触区域面积；RB是粘结半径；Sn、St分别是法向刚度和切向刚度；δt是时间步长；vn、vt分别是颗粒法向速度和切向速度；wn、wt分别是颗粒法向角速度和切向角速度；当两颗粒之间法向应力和切向应力超过临界值时粘结就会破裂，临界值可用以下公式推算： 3在EDEM中设置岩石颗粒的力学参数和粒径分布，从而形成岩石试样模型；4根据CSM滚刀受力预测模型公式：岩石与盘形的滚刀接触存在接触角定义为：其中R为滚刀半径，p为滚刀贯入度；滚刀正下方的破碎区基本压力F0，定义为：其中C为无量纲常数，σc为单轴抗拉强度，σt为单轴抗压强度，S为滚刀间距；破岩两向载荷力可定义为：垂直力： 滚动力： 其中T为滚刀刀刃宽度。垂直力由滚刀的推进系统提供，方向为垂直于切削平面水平向上；滚动力由滚刀产生的扭矩提供垂直力，方向沿着滚刀滚动方向；分别对滚刀和岩石颗粒进行相应力学参数设置；设置岩石颗粒的Hertz-MindinwithBonding接触模型的接触参数，同时生成颗粒床；生成颗粒床之后，导入滚刀的刀圈三维模型，并设置力学参数和运动参数，输出得到滚刀的垂直力的时间-载荷历程，以及滚动力的时间-载荷历程；5计算滚刀的垂直力和滚动力的平均值，并与CSM载荷预测结果进行比较。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 福建工程学院 基于EDEM离散元的TBM滚刀破岩模拟方法

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