目前,由于人口的快速增长以及随之发展的经济模式对资源的过分依赖,导致经济发展与资源和环境之间的矛盾日益突出。环境污染严重、资源消耗巨大、回收率低等引发的问题已成为我国经济保持可持续发展的瓶颈。再制造产业作为绿色制造业的先锋,是发展循环经济和构建节约型社会的重要途径之一,受到了国家和社会的高度重视。隧道掘进机作为一种复杂的大型机电产品,对其实施再制造不仅能提高掘进机的技术性能,使剩余价值最大化,还能有效节约资源,减少对环境的破坏。刀盘作为其核心部件,是隧道掘进机实施再制造的关键,而刀盘是否具有剩余疲劳寿命是其能否进行再制造的前提。因此研究刀盘剩余疲劳寿命和再制造方案对隧道掘进机再制造产业的发展具有重大意义。本文在分析国内外相关研究的基础上,研究了TBM刀盘疲劳裂纹扩展特性以及邻近裂纹之间的相互干涉作用;基于裂纹损伤特性,建立了刀盘的剩余疲劳寿命预测模型;提出了针对TBM刀盘的再制造总体方案。主要研究内容如下:(1)建立了扩展有限元和子模型技术相结合求解应力强度因子的数值方法,运用应力强度因子理论分析了TBM刀盘危险区域裂纹的扩展特性,进而研究了裂纹位置角、形状及大小对刀盘裂纹扩展的影响;结果表明在刀盘裂纹的扩展过程中,I型裂纹起主导作用,且裂纹主要朝着短轴方向扩展。(2)定义了邻近双裂纹之间的干涉系数,研究了TBM刀盘危险区域邻近双裂纹之间相对位置、裂纹大小及形状对裂纹干涉系数的影响;研究发现当临近裂纹成垂直或共线分布时,双裂纹之间的干涉作用最强,对刀盘剩余疲劳寿命影响最为严重。(3)综合运用统计学和有限元的方法建立了TBM刀盘剩余疲劳寿命预测模型;基于上述所建模型,研究了刀盘转速、掘进贯入度以及滚刀磨损程度对刀盘剩余疲劳寿命的影响;刀盘剩余疲劳寿命随着刀盘转速的增大呈现类余弦曲线变化;随着贯入度的增大,刀盘剩余疲劳寿命逐渐减小且减小的速度在变慢;当滚刀正常磨损量达到14mm以后,刀盘的剩余疲劳寿命呈直线下降。(4)基于冗余强度理论、机械产品的故障规律以及服役最低使用寿命要求,确定了TBM刀盘的再制造临界剩余疲劳寿命阈值;建立了综合考虑刀盘寿命特征、可靠度、地质匹配以及技术、经济、环境因素的TBM刀盘再制造总体方案模型。