基于离散元法的机械破岩多参数耦合与预切槽协同效应研究

摘要

针对镐型截齿破岩过程中切削深度、攻击角与预切槽的协同作用机制不明问题，采用离散元软件MatDEM构建二维破岩模型，通过全因子设计系统分析线性切削阶段的刀具力动态特性、裂纹扩展模式及预切槽影响。研究发现：浅切深下破岩以“张拉主导”,攻击角40°～55°时平均切削力稳定在80～90 N,对应张拉裂纹数量550～600条；深切深转向“剪切主导”,平均切削力随攻击角增至60°时达150 N,剪切裂纹维持850～950条。预切槽通过诱导力链重分布，促进表层剥落，深切深时强化“剪切破碎区”穿透性破坏。基于配位数云图揭示的细观接触演化，建立“切深-攻击角-预切槽”协同判据：针对砂岩(中硬岩),浅切深适用于40°～50°攻击角加以预切槽控制损伤，深切深推荐55°～60°攻击角加以预切槽提升效率，为截齿破岩参数优化提供跨尺度理论支撑。

关键词

镐型截齿 / 切削深度 / 攻击角 / 预切槽

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.52474168; 52174099); 湖湘青年英才资助项目(No.2023RC3050)