[发明专利]基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法

权利要求书

1.基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：对盾体三维模型进行简化并导入Ansys WorkBench中，检查接触面确认无误，添加网格划分方法为扫略网格，给出网格划分尺寸；

第二步：对盾体一圈推进油缸所支撑的位置施加盾体轴向的位移约束条件；

第三步：对盾体外部与土体接触的表面施加切向约束，即限制盾体旋转运动的约束，用来模拟土壤摩擦对盾体旋转运动的限制；

第四步：.选择盾体外面，对盾体径向添加地基反应模量弹性边界条件，用来模拟周围土体对盾体径向位移的约束；

第五步：对盾体结构有限元模型施加工况载荷，所述工况载荷包括拖车牵引阻力、刀盘工作所传递扭矩、刀盘及刀具受压所传递的轴向载荷、盾体沿隧道轴向摩擦粘附阻力、前盾切入土体的切入阻力、管片梁及管片拼装引起的载荷等，对所述工况载荷按照国标进行放大组合后施加于盾体有限元模型上；

第六步：利用ANSYS求解器，对盾体有限元模型进行求解，得到盾体正常掘进工作工况的应力分布云图及变形云图，读取最大应力值及最大变形量。

2.根据权利要求1所述的基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法，其特征在于：在所述第一步中，在对盾体进行简化的时候，需要删除对整体结构强度没有影响且不处于应力集中位置的孔、倒角或圆角等特征。

3.根据权利要求1所述的基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法，其特征在于：在所述第一步中，网格进行尺寸划分的时候，首先进行整体的划分，划分的尺寸规格不大于盾体的厚度，针对盾体受弯较大的区域，划分的尺寸应小于盾体的厚度，其次，针对局部可能发生应力集中的模型位置进行网格细化，细化的原则是细化后的网格尺寸是应力集中位置特征参数的0.1～0.25倍之间。

4.根据权利要求2所述的基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法，其特征在于：网格细化的时候，针对孔的特征，网格尺寸是孔直径的0.2～0.25倍，针对圆角的特征，网格尺寸是倒角直径的0.1～0.15倍。

5.根据权利要求1所述的基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法，其特征在于：在所述第四步中，所述地基反应模量是用来表征盾体周围地基土体刚性的参数，由捷克斯洛伐克科学家文克勒提出，可通过实验和勘探获取此参数，不同的土体地基反应模量值会有所不同，在所述第四步中的地基模量参数采取所述盾体工作段轴线位置的最大值进行赋予。

6.根据权利要求1所述的基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法，其特征在于：在所述第六步后，确定最大应力值及最大变形量是否符合盾体设计的国家标准，并判定安全系数，如最大变形量远远大于国标规定的数值，可盾体进行简化和优化，降低制造成本，如最大变形量小于国标规定数值，可最大变形量处进行强度的优化和强度，然后再次进行受力分析直到分析结构符合国标规定的数值。

7.根据权利要求1所述的基于地基反应模量边界条件的盾体有限元仿真分析方法，其特征在于：在所述第一步中，网格划分尺寸为0.2m和0.1m,即网格的长度为0.2m，宽度为0.1m。