[发明专利]判别盾构刀具崩刃的数值模拟结构和方法

说明书

本发明实施例提供了一种判别盾构刀具崩刃的数值模拟结构和方法。该方法包括：设置刀具虚拟外壳导入离散元软件中，在离散元软件中设置刀具颗粒实体按照预设参数填充到刀具虚拟外壳的内部得到盾构刀具的三维模拟结构；设置岩块虚拟外壳导入离散元软件中，在离散元软件中设置岩块颗粒实体按照预设参数填充到岩块虚拟外壳的内部得到岩块实体的三维模拟结构；根据预设的切削条件，令岩块实体的三维模拟结构运动，与盾构刀具的三维模拟结构发生碰撞，通过碰撞情况判别盾构刀具是否产生崩刃行为。本发明可以测试盾构刀具在不同切削速度、不同切削深度和不同前后角等因素下，对不同强度的岩块进行切削时所产生的崩刃效果。

技术领域

本发明涉及隧道工程盾构技术领域，尤其涉及一种判别盾构刀具崩刃的数值模拟结构和方法。

背景技术

目前各大城市修建地铁的步伐越来越快，而盾构法由于其既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响，且能适应各种地质条件的众多优点，已经被广泛应用于地铁隧道施工方法中。而刀具作为其破岩的主要工具，在碰到强度较大的岩体时，往往会使刀具产生严重的磨损甚至崩刃等行为，这样就会导致频繁的开仓换刀，增加了盾构工程的风险，不利于工程的经济性。而数值模拟方法具有简单快捷，易模拟难以达到的实验情况等优势，已经被广泛的运用到科研项目中。

对于盾构刀具崩刃的行为，可以设计一种基于离散元的数值模拟方法来模拟该现象，对真实的盾构刀具设计提供参考，从而提高盾构工程的经济性和安全性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种判别盾构刀具崩刃的数值模拟结构和方法，以解决上述背景技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明的一方面，提供了一种判别盾构刀具崩刃的数值模拟方法。

本发明的实施例提供的一种判别盾构刀具崩刃的数值模拟方法，其特征在于，该方法包括：

在三维制图软件中设置刀具虚拟外壳，将所述刀具虚拟外壳导入离散元软件中并设置为实体状态；

在所述离散元软件中设置刀具颗粒实体，将所述刀具颗粒实体按照预设参数填充到所述刀具虚拟外壳的内部得到盾构刀具的三维模拟结构；

在三维制图软件中设置岩块虚拟外壳，将所述岩块虚拟外壳导入离散元软件中并设置为实体状态；

在所述离散元软件中设置岩块颗粒实体，将所述岩块颗粒按照预设参数填充到所述岩块虚拟外壳的内部得到岩块实体的三维模拟结构；

根据预设的切削条件，给所述岩块实体的三维模拟结构施加一个定向的初速度进行运动，使所述岩块实体的三维模拟结构与所述盾构刀具的三维模拟结构发生碰撞，通过碰撞情况判别所述盾构刀具是否产生崩刃行为。

优选地，所述的在三维制图软件中设置刀具虚拟外壳，将所述刀具虚拟外壳导入离散元软件中并设置为实体状态，包括：

在三维制图软件中，预设所需盾构刀具的三维几何体形状和大小得到所述刀具虚拟外壳；

所述刀具虚拟外壳是一层极薄的具有刀具形状的虚拟轮廓体；

所述刀具虚拟外壳的三维几何体形状包括：滚刀和切削刀。

优选地，所述的在离散元软件中设置刀具颗粒实体，将所述刀具颗粒实体按照预设参数填充到所述刀具虚拟外壳的内部得到盾构刀具的三维模拟结构，包括：

所述盾构刀具的三维模拟结构包括：所述刀具虚拟外壳和所述刀具颗粒实体，所述刀具颗粒实体是由颗粒填充组合而成的刀具实体；

将所述刀具虚拟外壳导入所述离散元软件后，先将所述刀具虚拟外壳设置为实体状态再进行填充操作；