凌静秀， 孙伟， 杨晓静， 练国富， 江吉彬

(1.福建工程学院 机械与汽车工程学院，福建 福州 350118； 2.大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024)



复杂应力状态下TBM刀盘裂纹应力强度因子分析

凌静秀1， 孙伟2， 杨晓静1， 练国富1， 江吉彬1

(1.福建工程学院 机械与汽车工程学院，福建 福州 350118； 2.大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连 116024)

为了预测全断面岩石掘进机(tunnel boring machine，TBM)刀盘的疲劳寿命，本文对其裂纹尖端的应力强度因子进行了研究。以某水利工程的刀盘为研究对象，采用基于子模型技术的有限元法分析复杂应力状态下刀盘裂纹的应力强度因子，并给出了不同裂纹参数对应力强度因子的影响规律，为刀盘裂纹扩展寿命的预测提供输入条件。分析表明，当裂纹位置角为45°或135°时，裂纹尖端的等效应力强度因子最大，对结构损伤最严重；形状比对KI值影响最显著，形状比越大，尖端KI值相差越大，在深度方向的扩展趋势也越强；KI、KII及KIII值均随裂纹深度的增加而增大，裂纹尖端最深处以张开型扩展形式为主，而表面点则是3种开裂形式并存。

TBM刀盘；应力强度因子；裂纹；复杂应力状态；子模型技术；裂纹形状比；疲劳寿命

刀盘作为全断面岩石掘进机(tunnel boring machine，TBM)的核心部件，工作在极其恶劣的复杂地质环境下，承受随机冲击载荷，最常见的工程问题是疲劳裂纹失效[1-3]。对刀盘的裂纹扩展寿命进行合理评估，有利于保障施工安全及掘进效率发生疲劳，而寿命评估的前提是获得刀盘裂纹尖端的应力强度因子。……