مطالعه عددی اثر هندسه تیغه دیسکی بر راندمان برشدر آزمون کوچک مقیاس برش خطی سنگ

آگاهی دقیق از عملکرد تیغه های دیسکی و نیروهای وارد بر آن برای طراحی کله حفار، پیشبینی عملکرد ماشین و تخمین هزینه های حفاری در تونل سازی TBM ضروری است. یکی از ابزارهای موجود برای این کار، روش های آزمایشگاهی و آزمونه ای کوچک و بزرگ-مقیاس برش سنگ است. در عین حال، روش های عددی مانند المان محدود به دلیل انعطاف پذیری و کم هزینه بودن در تحلیل حساسیت خروجی ها مفید می باشد. استفاده از این روش برای مطالعه اندرکنش سنگ با تیغه و بررسی اثر پروفیل تیغه بر فرآیند برش، تعداد آزمایش های لازم و زمان مراحل مطالعاتی را کاهش داده و باعث صرفه جویی در مطالعات هندسه تیغه و هندسه برش می گردد. به همین منظور در این مقاله، فرآیند برش سنگ در آزمون کوچک مقیاس برش خطی با کد تجاری المان محدود Explicit/ABAQUS شبیه سازی شده و اثر هندسه تیغه بر راندمان برش سنگ و نیروهای وارد بر تیغه در برش های منفرد با عمق-های برش ۲ تا ۴ میلی متر بررسی می گردد. برای اعتبارسنجی، نتایج مدل سازی عددی با نتایج آزمون های با دیسک V-شکل ۵۴میلی متری در آزمایشگاه مقایسه شد. پس از حصول اطمینان از صحت مدل سازی و دقت نتایج، تاثیر تغییرات پارامترهای هندسی تیغه شامل قطر، زاویه نوک و شعاع گردشدگی لبه تیغه بر روی نیروهای برشی، قائم و جانبی و همچنین انرژی ویژه بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که هندسه تیغه بر روی نیروها و انرژی ویژه برش اثر می گذارد. به عنوان مثال، افزایش قطر تیغه باعث افزایش خطی نیروهای وارد بر تیغه و کاهش غیرخطی انرژی ویژه می شود. در این مقاله، روند مدل سازی فرآیند برش سنگ در ابعاد مختلف تیغه به همراه آزمون های برش با تیغه های مینی دیسک، تحلیل نتایج مدل سازی عددی و آزمون های آزمایشگاهی و مقایسه آن ها ارائه، بحث و بررسی می شود

کلیدواژه ها:

ماشین حفر تونل (TBM) ، تیغه مینی دیسک ، نیروهای برش ، انرژی ویژه ، هندسه تیغه ، کد المان محدود