《表1 岩壁和截齿的材料参数》

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《掘进机截割部刚柔耦合动力学特性分析》

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首先利用三维软件UG建立掘进机的截割头和岩壁模型。其中岩壁本构模型用1/4球体来模拟，如图1所示。将建立好的截割头和岩壁模型导入ANSYS中。岩壁选用SOLID164单元，截割头选用SOLID168单元。岩壁材料选用193#材料（MAT＿DRUCKER＿PRAGER）。根据一般煤层的岩石组成和相关参数，煤层在其中所占比例一般为10%～20%，其余皆为砂岩层，而砂岩层又以中细砂岩为主，故本次仿真采用中砂岩材料参数来模拟岩壁。由于截齿材料刚度较大，因此其在截割岩石过程中的变形很小，且此次仿真主要为了获取短时间内截齿所受到的瞬时冲击载荷，故将截割头及截齿设定为刚体，选用ANSYS自带的刚体材料（Rigid）本构模型，各材料参数设置如表1所示。本次仿真过程中截割头作为刚体不参与计算，所以网格划分类型选择自由网格划分，而岩壁的网格质量决定仿真计算结果的准确性，所以对横截工况下岩壁采用扫掠网格划分。将截割头、截齿、岩壁分别设为一个part。设置截齿和岩壁的接触类型为侵蚀接触（ESTS）。对岩壁的其余不与截齿接触的面施加固定约束及无反射边界条件来模拟无限范围的岩壁。由此建立的截割头仿真模型如图2所示。