[发明专利]基于磨粒接触力学的盾构机盘形滚刀磨损预测方法

权利要求书

1.基于磨粒接触力学的盾构机盘形滚刀磨损预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、对盘形滚刀结构物理模型进行分析，计算盘形滚刀磨粒间接触力，具体包括：

步骤A1、将盾构机盘形滚刀视为是由一系列具有特定力学性质的金属磨粒堆积胶结而成，并假定磨粒为标准球形，每个标准球形磨粒单元视为无限刚性体，磨粒的接触视为柔性接触，且磨粒间的接触为点接触；

步骤A2、计算盘形滚刀磨粒间接触力：

步骤A21、计算a，b两相邻磨粒间的法向位移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)表示盾构机盘形滚刀两相邻磨粒的半径，d表示两相邻磨粒间球心的距离，Δ_sa、Δ_sb分别为磨粒a、b在沿两磨粒球心连线方向的垂直方向的位移；

步骤A22、计算磨粒法向接触力和磨粒切向接触力；

磨粒间接触力F与磨粒切向接触力F^s和磨粒法向接触力Fⁿ之间的关系为：

F＝F^s+Fⁿ；

Fⁿ＝kⁿUⁿ：

F^s＝k^sU^s：

其中，kⁿ为法向接触刚度，k^s为切向接触刚度；

步骤B、同时结合试验分析，得到磨粒粘结断裂抗拉强度和抗剪强度

步骤C、将步骤A计算的磨粒法向接触力和磨粒切向接触力和步骤B计算的磨粒粘结断裂抗拉强度和抗剪强度进行对应的比较分析，确定失效磨粒数量，若失效磨粒数量大于总体磨粒数量的10％，则认为盾构机盘形滚刀内部磨损严重、裂纹扩展，，反之则认为盾构机盘形滚刀磨损不严重，裂纹扩展情况轻微。

2.根据权利要求1所述的基于磨粒接触力学的盾构机盘形滚刀磨损预测方法，其特征在于：所述步骤A22中，在计算磨粒间法向接触力和切向接触力时，盘形滚刀的受力状态从无到有，逐渐变化，将滚刀的变形过程做微分处理，形成若干各法向位移变量ΔUⁿ、切向位移变量ΔU^s，则有：

ΔFⁿ＝kⁿΔUⁿ：

ΔF^s＝k^sΔU^s；

进而依据以下迭代循环关系计算所有磨粒间法向接触力和切向接触力大小：

Fⁿ←Fⁿ+ΔFⁿ

F^s←F^s+ΔF^s

其中，ΔFⁿ为磨粒法向接触力Fⁿ的剪切力变量，ΔF^s为磨粒切向接触力F^s的剪切力变量。

3.根据权利要求2所述的基于磨粒接触力学的盾构机盘形滚刀磨损预测方法，其特征在于：所述步骤A22中，当磨粒法向接触力和切向接触力对应的达到或超过30％粘结断裂抗拉强度和抗剪强度值时，认为磨粒进入塑性状态，产生新的位移：

其中，x_i^(t+/Δt/2)，为t+Δt/2时的速度以及加速度，x_i^(t)为t时刻的速度，Δt为对滚刀变形进行监测的时间间隔。