基于HJC模型的盾构刀具切削混凝土数值模拟

摘要

为了揭示盾构刀具切削混凝土材料时的阻力大小及变化规律,研究Holmquist-Johnson-Cook动态本构模型(HJC模型)参数的确定方法,并据此对混凝土受切削破坏过程进行数值模拟.设计室内混凝土试块切削试验,根据试验结果对HJC模型参数进行修正,进一步计算分析切削速度与切削深度对切削阻力的影响.研究表明,基于HJC模型的数值计算结果可基本反映盾构刀具切削混凝土的阻力大小及变化规律;刀具在切入混凝土表面时,法向切削阻力的波动幅度较大,在切削接近试块自由面时会出现剩余材料整块脱落、切削力骤降为0的现象,该过程在数值模拟中相对平缓;在相同条件下,率效应参数主要影响法向切削阻力的波动幅度,损伤参数则同时影响法向切削阻力的平均值与波动幅度;法向切削阻力随切削速度呈指数形式增加,随切削深度呈线性增加;HJC模型可反映混凝土压碎破坏与材料应变率间的关系及法向切削阻力随深度的线性叠加效应.