数字化样机技术是一项新兴的工程技术,借助于这项技术,工程师们可以在计算机上建立机械系统的实体虚拟模型,模拟在现实环境下系统的运动学和动力学相关的特性。还可以根据仿真结果,对机械系统进行优化设计,在产品设计阶段发现机械系统潜在的问题和不足之处,消除了传统设计中对物理样机的依赖性,缩短了产品的研发周期,降低了研发成本,使企业更具有市场竞争性。然而数字样机技术的可信度,很大程度上取决于计算机仿真技术,以及相关分析软件的分析能力。虽然有许多功能强大的建模或分析软件。但是很难用其中的某一种单—软件独立完成整个机械系统的工作过程。基于这种情况,联合仿真应运而生,各大软件公司联手,在不同领域之间的软件间提供接口,可以使不同软件实现连接,以共同完成整个机械系统的仿真过程。全断面隧道掘进机(Entire Cross Section Tunnel Boring Machine),以下简称掘进机,是集机械、电气、液压、测量、控制等多学科技术于一体,用于地下隧道工程施工的技术密集型工程装备。随着对隧道掘进机的应用不断的推广,人们对掘进机的研究已经由对掘进机理,机械结构的研究,转向如何针对土层的特性,选择合理的切削方式,从而满足掘进速度最快,并能最大限度地提高施工的效率；在特定地层条件下,如何选定与地层特性相适宜的掘进机工作参数,从而能确保开挖面的稳定性,使得地表不至于产生过大的变形,盾构施工对地层产生的扰动最小等。掘进机作为大型机械设备,具有设计复杂、制造周期长、造价高等特点,因此为了保证掘进机的设计质量,缩短设计周期并有效降低设计成本,可将数字样机技术应用到该产品的整个设计流程中。本论文的研究对象是Φ6.28m土压平衡式(EPB)掘进机的数字化样机。本论文的主要内容大体分为以下三大部分。第一部分是基于数字化样机技术,利用ADAMS和MATLAB/Simulink对数字样机进行动力学和控制的联合仿真,采用PID控制方法,探讨推力和掘进速度控制的控制性能,以及工程施工中由于地质条件改变后,速度响应曲线的变化规律,以给施工过程一定的指导。第二部分是基于数字化样机,利用联合仿真的方法,实现掘进机的姿态控制,主要是研究掘进机在水平面上偏离预定轴线后的纠偏方法,以及该纠偏方法在小半径曲线掘进作业中的应用,并在数字化样机上验证了该纠偏方法的可行性。第三部分是为使仿真分析更接近实际,对管片拼装机进行刚柔混合动力学仿真及有限元分析,利用ADAMS和ANSYS对管片拼装机的数字化样机进行刚柔混合建模分析,通过仿真结果,比较拼装头从刚体替换为柔性体后,对管片拼装机的末端运动的影响,以及拼装头的外力和应力应变的变化情况；并通过对拼装头的模态振型的分析,寻找拼装头的振动规律,为实际贴片过程提供相应的可靠地参考依据。本文采用数字样机技术有效地实现了掘进机的动力学相关联合仿真,这种方法不只是适用于掘进机的设计开发,并且还可以推广到其它一些复杂机械系统的研究、设计和开发中去,因此本文的研究方法具有重要的实用价值。