复合式土压平衡盾构机刀盘辅助设计系统

盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，刀盘作为盾构机推进的工具，其重要性不言而喻，先进合理的设计系统有助于刀盘的优化设计。中船重型装备有限公司联合SiPESC，大连理工大学陈飚松教授团队和霍军周教授团队，共同研发复合式土压平衡盾构机刀盘辅助设计系统，实现刀盘刀具的自动布置及人机交互布置，刀盘结构自动化建模及仿真分析。

主页界面

系统简介：

为缩短刀盘设计周期，实现复合式土压平衡盾构机刀盘快速有效设计，针对给定的典型岩土地质条件和工程技术要求，复合式土压平衡盾构机(辐条辐板型)刀盘辅助设计软件系统可以实现刀盘计算-分析一体化设计，为工程设计人员进行刀盘整体方案设计提供整体优化方案和技术支撑。

主结构参数设置界面

项目的主要内容：

软件架构设计：界面设计，数据库设计。

刀具自动布置：刮刀自动布置，滚刀刀间距设计，滚刀平面布置。

刀盘自动建模与分析：“十”，“米”字两大类刀盘几何建模，网格自动化剖分及分析计算。

刀盘载荷计算：根据地质及刀具布置数据计算刀盘载荷，提供自定义载荷接口。

软件架构设计

项目实施过程：

项目首先根据客户需求确定软件系统的需要具备的功能；

根据功能需求，设计软件架构，以及将需求划分为各个相对独立的功能模块开发；

模块和模块之间通过软件界面连接，测试软件各模块正确性和整体性能。

技术要点：

·架构设计；

·刮刀布置算法；

·刀间距布置算法；‘

·滚刀平面布置算法；

·参数化建模；

滚刀刀间距界面

刀盘建模

刀具建模

项目成果与特色：

·实现同一个项目可建立多个刀盘方案，多个不可布刀区域，方便分析对比。

·不可布刀区域划分为两类：牛腿位置，其他不可布刀区域。并将牛腿位置设计为共享数据，不同的工程项目可以共用。

·刀具选型，将刀具数据设计为共享数据，方便不同项目使用。

·滚刀平面布置，采用递归算法，在优先考虑对称均匀布置条件下，能最大限度找到可行布置方案。

·提供干涉量历史输出，布置不成功时可清楚看到干涉量大小和位置信息。

·支持自动布置，手工修改，能方便实现预期的布置效果。

·辐板支持布置单把或双把边滚刀，通过修改极角即可自动识别。

·一种布刀方案下，刀盘可设置多种主结构参数，方便对比分析。

·辐板的展开角度和连接位置可手工设定，方便调整刀盘的开口率。

·可输出当前结构参数刀盘的开口率估计。

·可动态浏览生成的刀盘模型。

·刀盘荷载，可根据地质和布刀方案自动计算，也可人工输出刀盘的摩擦力和每把滚刀的载荷。

·同一个刀盘结构方案，支持创建多个载荷工况对比分析。

·可动态浏览刀盘的位移变形和misess应力结果。

位移变形结果

Mises应力结果