考虑剪胀性的面层基层混合铣刨料模型及其参数敏感性分析

摘要

为了研究面基混合铣刨料的力学性能及其尚不明确的本构模型，在三轴试验的基础上，基于Duncan-Chang模型和Pastor-Zienkiewicz剪胀方程构建了非线性剪胀本构模型，通过应用次弹性理论推导出该本构模型的刚度矩阵，并借助ABAQUS有限元软件平台的UMAT子程序对该模型进行了二次开发，验证了模型的准确性和可靠性.此外，还对该模型的参数进行了全体敏感性分析及关键参数响应面分析.结果表明，在轴向应变为10%左右时，不同围压下两种材料的强度均逐渐达到残余强度，体积应变与轴向应变呈现出先减小后增大的趋势，且在一定范围内表现为明显的剪胀特性.利用二次开发出的UMAT子程序对三轴试验进行模拟计算，其结果与试验结果相比展现出高度的吻合度.研究指标偏差应力（σ₁-σ₃）受到参数φ₀、Δφ、K的影响尤为突出，受参数n、φ_cr、α、R_f的影响则相对较弱，轴向应变ε₁受参数R_f、K、φ₀的影响变得显著，而n、Δφ、φ_cr、α的影响则显得较为有限.对（σ₁-σ₃）的敏感性程度由高到低次序为φ₀、φ₀～2、Δφ、φ₀Δφ、KΔφ、K、K²、Δφ²、Kφ₀，对ε₁的敏感性程度由高到低次序为R_f、φ₀、R_f²、K、R_fφ₀、KR_f、φ₀～2、Kφ₀、K².通过响应面法分析比较关键参数之间交互作用，发现它们对（σ₁-σ₃）的具体影响程度为：φ₀>Δφ>K；对ε₁的具体影响程度为：R_f>φ₀>K.研究成果可为面基混合铣刨料的工程应用提供理论依据及为参数选取提供参考.

关键词

本构模型 / 剪胀性 / 次弹性理论 / 敏感性分析 / 响应面