基于SPH方法的钢筋混凝土切削模拟研究

摘要

钢筋混凝土材料目前已得到广泛应用,但其加工切削过程十分复杂。为解决常规有限元模拟中网格变形尺寸有限的局限性,采用光滑粒子流体动力学(SPH)算法模拟研究金刚石磨粒对钢筋混凝土的切削破碎过程。在数值模拟中,根据金刚石出刃状态将其简化成方形、圆形2种磨粒,并以0.45 mm/ms的速度和0.1 mm的切削深度对钢筋、混凝土和不同组合的钢筋混凝土材料进行表面切削,分析不同情况下的基体碎屑形态特征、切削后基体材料表面形态变化、内部裂纹延伸变化以及磨粒切削面上的应力变化情况。模拟结果表明:SPH方法能够较好地模拟钢筋混凝土在切削过程中的裂纹扩展、碎屑形成和分离;磨粒在切削过程中受到间断性冲击后,会优先破坏混凝土和钢筋材料之间的连接强度,使2种材料逐渐分离,且磨粒以面切削方式进行加工时,相较于点切削方式,能够形成更大的破碎区域。