刀盘是全断面掘进机的关键和专用部件,不同的地质条件必须设计相应结构的刀盘。目前,国外如德国、日本己经对刀盘进行了深入的研究；国内,对其理论研究才刚刚起步,由于刀盘技术受到国外封锁,至今很少成果发表。现在国内制造的刀盘均为仿制,设计理论依据不足,工作性能不佳,还没有对全断面掘进机刀盘及其刀具进行全面系统的研究的相关报道,尤其是在滚刀和切削刀具的有限元仿真分析方面缺乏研究。因此,为提高我国的自主研发与生产能力,为全断面掘进机的深入研究打下良好的基础,进行全断面掘进机CAE分析以及刀具的工作仿真研究是非常必要的。本文以EPBΦ6.28m土压平衡式全断面掘进机为研究对象,对其关键零部件进行了强度和模态分析,对切削刀具在不同条件下的工作仿真进行了比较分析以及对盘形滚刀的破岩进行了有限元仿真分析。首先基于刀盘整体驱动系统和实际工程的工况分析为基础,计算了全断面掘进机的推进力和刀盘的驱动力矩,分析了刀盘在静启动脱困以及临界推挤工况下的受力。在ANSYS中建立刀盘和盾体的有限元模型,对刀盘在三种工况下进行强度分析和模态分析以及对盾体(前盾中盾、尾盾)进行了强度和模态分析。然后分析了切削刀具的运动特性,建立切削刀具的数学模型,对刀具的受力情况做了完整的分析。建立切削刀具的有限元模型并对其进行仿真分析,将仿真得到的切削刀具所受的切削力和理论计算数值比较来验证模型的正确性,接着对刮刀和主切削刀两种切削刀具在不同的切深,不同的切削前角以及不同的地质条件下仿真对比分析。最后介绍了盘形滚刀的破岩机理,分析了盘形滚刀的受力情况,建立盘形滚刀破岩的有限元模型并对其进行有限元仿真,分析了不同地质条件下法向力对滚刀切深的影响,比较不同的切深下刀圈上的应力分布以及不同刀间距对破岩效果的影响。