刀盘是硬岩掘进机(TBM)的关键部件,为了研究刀盘刀具与掘进面耦合作用下载荷分布与变化规律,建立了某供水工程TBM刀盘-岩石相互作用的三维分析模型,基于显式动力学方法模拟TBM刀盘掘进过程,研究掌子面岩体的损伤失效状态以及刀盘刀具的动态掘进载荷。研究得到了全盘刀具三向力载荷及刀盘总载荷(总推力、总扭矩),其中刀盘扭矩平均值1 560 k N·m,最大值5 880 k N·m,推力平均值3 444 k N,最大值7 296 k N;通过工程实例验证,得到实测载荷值稍大于仿真值,总推力误差为15.74%,总扭矩误差为15.38%,验证了仿真结果的有效性。在此基础上,对刀盘的动静态响应特性进行研究,得到刀盘在极限工况下最大应力100 MPa,最大变形0.695 mm,确定刀盘有足够的刚度强度。
