滚刀是隧道掘进机刀盘上的重要掘进刀具,工作环境十分复杂,滚刀的振动直接影响滚刀的破岩效率和使用寿命。研究滚刀的力学特性,对于指导设计高效高性能滚刀、刀盘以及掘进机推进系统意义重大。本文在国家自然科学基金项目“盾构刀盘与岩土动态交互作用机理及刀盘系统设计理论研究(E51105048)”的资助下,完成的工作如下:1.根据某企业提供的资料,利用PRO/E软件建立了改进前和改进后的盘型滚刀三维几何模型并将其导入ANSYS软件中,建立了盘型滚刀的有限元模型。对盘型滚刀的工作原理和受力进行了分析,根据实际使用情况选取了正常掘进和偏磨两种工况,确定了两种工况下盘型滚刀的受力载荷。对有限元模型进行了静力学分析,得到了两种工况下三个模型的应力与应变分布。结果表明改进后的盘型滚刀模型的应力和应变小于改进前和偏磨工况下的模型。2.对有限元模型进行了模态分析,得到其固有频率和模态振型。得出改进后的盘型滚刀正常工况下的固有频率比改进前的与发生偏磨的盘型滚刀更高,说明在相对低频下正常盘型滚刀不易发生共振;3.在静力和模态分析的基础上,对有限元模型进行了谐响应分析。通过谐响应分析证明改进后的盘型滚刀在正常工况下的响应位移要小于改进前和发生偏磨时的响应位移,说明正常的滚刀在共振发生时的响应位移较小。