全断面掘进装备(简称TBM),是隧道掘进大型复杂成套装备,广泛应用于水利、交通、国防、能源等地下工程建设。TBM在施工中的振动将造成零部件的疲劳损伤,刀盘系统作为最关键的部件,其工程故障将会大大影响工程进度,增加时间和金钱成本,刀盘系统振动问题亟待解决。由于刀盘系统结构复杂,同时掘进过程存在着现场服役环境、滚刀掘进过程中的不确定因素、制造装配工艺等不确定性,使得极端环境下刀盘系统动态特性预测难度增大,进而加大了刀盘减振抗损设计难度。因此,对含不确定因素的TBM刀盘系统进行动态特性分析,对TBM减振优化设计至关重要。本文对不确定性参数下TBM刀盘系统振动特性展开深入研究,论文的主要工作如下:(1)TBM刀盘系统不确定性因素分析及外部激励边界计算。改善了传统计算方法基于精确假设的局限,详细分析了刀盘系统不确定性因素,建立了不确定性地质条件模型及滚刀位置分布模型,利用区间分析法对外部载荷的不确定性进行处理,推导了不同掘进工况下考虑不确定因素的刀盘载荷计算方法,为后续考虑动力学分析提供载荷输入条件。(2)不确定因素影响下TBM刀盘系统多自由度耦合动态特性研究。以多体动力学为基础,综合考虑外部激励不确定性及质点多自由度耦合等因素的影响,建立了不确定激励下典型TBM刀盘系统多自由度耦合动力学模型。为后续有效描述刀盘复杂的振动形态,研究刀盘在不确定性激励下的动力态特性分析提供基础。(3)基于区间模型的不确定性激励下动力学微分方程的求解方法研究。利用区间分析法结合中央差分法,推导了振动响应动态边界的计算过程,为含不确定性激励的刀盘动力学分析提供了有效的求解方法。(4)以某工程刀盘系统为例,采用本文理论方法进行动态特性分析。计算了实例刀盘振动响应,分析了考虑不确定性因素的必要性,研究了刀盘结构形式、刀盘中心块质量及驱动齿轮布置形式对刀盘振动响应的影响规律,为刀盘安全性评估、结构设计、减振优化设计提供理论参考,验证了本文研究方法及模型有效性及实用性。