TBM刀盘筋板焊接结构疲劳寿命预测

为能够准确预测全断面隧道掘进机(TBM)刀盘筋板焊接区域的疲劳寿命,以疲劳累积损伤为理论基础,采用缺口应力法对焊接区域进行疲劳寿命研究。首先,在误差允许范围内对刀盘进行简化建模,简单分析刀盘工况,并编程简化获得外部激励载荷;其次,分析缺口应力法在刀盘焊接结构上的适应性,对刀盘整体进行瞬态动力学仿真确定危险区域为筋板位置,采用虚拟缺口半径法建立TBM刀盘筋板模型,从而更好地体现焊缝处的细节特征,随后进行子模型仿真分析,将结果中焊根处的应力作为疲劳评估的参考应力;最后,基于修正的S-N曲线结合修正的平均应力保守估算焊接结构的寿命。结果显示:1)采用缺口应力法可以精确预测刀盘的疲劳寿命,筋板的疲劳寿命在其焊根处最小N=2.326×10^(7),经计算刀盘掘进距离约为21.9 km时,焊缝处将率先发生疲劳破坏,所得计算结果与实际情况相近;2)TBM在掘进过程中刀盘焊接区域容易出现不同程度的疲劳损伤,导致TBM提前失去工作能力,造成工程上大量不必要的损失,研究刀盘焊接疲劳寿命对工程施工及结构改进具有重要的意义。