刘建琴 ，郭晓，闫康伟，安蔚瑾，宋欣

(1.天津大学 机械工程学院，天津 300350；2.天津农学院 工程技术学院，天津 300384)

据统计，工程结构在服役期间的失效约90%是由疲劳引起的，疲劳裂纹的萌生和扩展是工程结构失效的主要原因[1]。裂纹作为常见的一种缺陷，如果萌生以后不加以处理，将会迅速扩展，降低构件强度和使用寿命，甚至造成更大损失。所以，对裂纹止裂方案的研究具有重要的工程意义。在隧道掘进机(Tunnel Boring Machine, TBM)掘进过程中，刀盘系统位于掘进机的最前沿，承担破岩、稳定掌子面的任务。施工过程中刀盘系统要承受大扭矩、大推力和强冲击载荷作用，会出现滚刀严重磨损、刀盘开裂失效、刀盘盘体断裂失效等非常棘手且代价昂贵的工程问题，严重影响施工进度及工程成本。针对TBM刀盘刀具裂纹及寿命研究，欧阳湘宇等[2]根据数理统计理论拟合的幅值分布函数编制了应力程序谱，结合材料的S-N曲线和损伤累积准则预测了刀盘裂纹萌生寿命。刘建琴等[3]研究了地质匹配性因素对危险点裂纹萌生寿命的影响和失效区域性因素对危险点剩余裂纹萌生寿命的影响。朱晔[4]基于Newman模型及累积损伤理论，构建了疲劳裂纹扩展寿命预测模型进行疲劳寿命预测，并用刀盘特征子结构进行了裂纹扩展的实验验证。ZHU等[5]基于断裂力学，结合裂纹的破坏方式和裂纹扩展的一般机理，建立了TBM刀盘全阶段裂纹扩展速率模型，并通过了实验验证。凌静秀等[6]采用基于子模型技术的有限元法，分析了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了输入条件。……