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刀盘是盾构的掘削系统，具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌碴土等功能，承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用，工作状况非常恶劣。为此，在采用类比法完成结构设计后，必须对刀盘结构的强度、刚度进行校核，并在此基础上进行结构优化。通过有限元分析与结构优化的互动，可有效提高刀盘结构设计的整体水平与可信度。
采用 ANSYSDesignSpace 有限元分析软件对刀盘进行结构分析。
1）简化处理模型①删除不影响结构强度的螺栓孔等特征；②删除所有刀具；③删除结构中的一些斜肋板；④圆整三维结构中的尖点。
2）调入模型运行 ANSYSDesignSpace并调入处理后的模型。
3）定义模型材料选择模型材料为结构钢。
4）划分网格选择网格划分精度100，自动划分网格后的模型如图所示。
（图片） 网格划分
5）施加载荷与约束取刀盘驱动扭矩为脱困时的工况，从安全的角度考虑，假定载荷全部加于面板上：①取轴向载荷 Fa ＝ 10 000kN；②取扭矩 Nw ＝ 5 300kNm；③取重力 G ＝ 540kN；④固定中心支撑连接面。
6）运行程序由于刀盘在实际工作中转速很低，故选取静力分析模式运行程序。
7）对后处理结果的分析最大等效应力为164.4MPa，位于主轴承法兰与支撑钢管连接焊缝处。刀盘所用材料的屈服限为345MPa，屈服安全系数ns＝2.1，满足强度条件；最大变形为3.87mm，位于超挖刀所在大圆环处，其相对变形量仅为0.2‰，满足一般工程上所允许的刚度条件。
7/15/2009
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