基于盘形滚刀破岩模型的数值试验分析

针对室内试验研究盘形滚刀破岩过程的成本高、周期长、不便于重复性教学演示的问题，可采用数值试验方法作为辅助或替代，揭示滚刀破岩机制、优化滚刀结构和切削参数。该文使用显式动力学数值方法，结合有限元和光滑粒子流体动力学，建立盘形滚刀切削岩石的三维数值试验模型，采用基于Rankine失效准则的摩尔-库伦弹塑性本构模型开展缩尺的滚刀线性切削试验，验证数值试验模型的可靠性。以双刀顺次回转破岩模型为例，分析了岩石破裂过程与滚刀载荷曲线。研究表明：在盘形滚刀切削下，岩石表面形成了条形破碎槽，同时在滚刀两侧及下方出现裂纹；随着裂纹延伸至岩石表面，许多小块的岩碴被剥离；使用数值试验方法分析盘形滚刀破岩过程，可以清晰地模拟密实核传力演化、裂纹萌生扩展、岩碴剥离飞溅、载荷阶跃波动等物理现象，有助于学生深入理解盘形滚刀破岩机制。