摘要：为探究深部钻井PDC钻头切削齿在磨损状态下的切削破岩过程,选取深部钻井PDC钻头上不同磨损程度的PDC齿开展单齿切削实验,借助应力测试系统、高速摄影机和热红外成像仪分析磨损齿的受力状态、温度变化规律以及岩石裂纹扩展过程。结果表明,与未磨损齿相比,磨损齿所受切削力更大、温度变化更明显,且更易产生大体积岩屑,这将导致钻头在井下振动加剧,磨损急剧加快,严重影响其使用寿命;切削花岗岩时切削力和温度大幅上升的问题更加突出,但更容易发生体积破碎,产生较大块的块状岩屑。研究成果将有助于重新认识真实井底磨损齿切削破岩及温度变化规律,并为钻头设计及井下寿命评估提供重要参考。

摘要：采用数值模拟技术并借助于大型有限元软件,选择在Ottosen四参数破坏准则基础上引入损伤因子的非线性弹塑性本构模型作为软岩的材料模型,建立盾构刀具切削软岩的二维简化模型,模拟破岩过程中裂纹的生成和扩展;建立三维有限元模型,分析切削力在整个切削过程中的变化,并通过试验验证仿真过程的可行性和有效性。研究结果表明:岩石的破碎过程和切屑的形成过程是由拉伸裂纹和剪切裂纹延伸而成;刀具的切削力与切削时间之间遵循波动变化关系,能够较真实地反映盾构刀具破岩过程中岩石的破碎动态响应过程;采用该方法研究刀具几何参数和切削参数对切削力的影响程度和趋势,为盾构刀具的最优化设计提供了参考依据。

摘要：为实现锚杆钻头破岩过程的可视化,研究了钻头的破岩机理,采用弹塑性煤岩损伤模型对锚杆钻头钻进过程中的破岩过程进行仿真模拟,进而分析煤岩的破坏规律,获得了钻头的阻力载荷等数据。研究结果表明:钻削过程中,受钻头结构的影响,煤岩分为直接破碎区、损伤区、无损伤区3个区域;由于煤岩弹性变形的影响,钻头起始工作时钻进阻力较大、钻机速度较低;钻翼数量等于钻头每转内速度的波动次数,所以钻翼数量直接影响钻头钻进过程的稳定性。

摘要：采用ANSYS/LS-DYNA对TBM(tunnel boring machine)滚刀切削岩石的过程进行动态模拟和动力学分析,研究了破岩过程中滚刀的受力情况和滚刀贯入度及滚动速度对切削力的影响规律.结果表明,当岩石单轴抗压强度为45 MPa时,滚刀承受的侧向力、滚动力及正向力的平均值分别约为0、0.45、4.5 k N,在该工况下滚刀的最佳贯入度及滚动速度分别为10 mm和3.6 r/min.研究结果为工程人员在次硬围岩的工况下设计工作参数提供了合理依据.

摘要：对碳酸盐岩储层深井、超深井钻井进行了动载破岩机制研究,设计了应力波辅助破岩工具。使用ABAQUS进行了数值模拟,得出影响破岩效率的因素和规律,并依据该规律进行工具参数优化。通过实验,验证了该工具的可靠性和实用性,对应力波辅助破岩工具的参数设计及配套工艺提供了重要参考。将应力波辅助破岩工具单元与减振器单元融合,可适用于多种复杂地层钻井作业,尤其适用于泥岩夹火成岩层地层、砾石层夹层等软硬交替地层钻井作业,能够提高机械钻速和丼深质量,延长破岩工具的使用寿命,具有很好的应用前景。

摘要：为研究无初始角速度的被动滚动和有初始角速度的主动滚动这两种运动模式下全断面隧道掘进机滚刀破岩历程的摩擦耗能差别以及不同间距下双刀协同破岩的工作状态,探寻最优刀间距,利用ABAQUS对滚刀破岩过程进行有限元分析。结果表明:滚刀与岩石接触之初,接触应力持续增加导致岩石破碎后,无论滚刀有无动力,其摩擦耗能均随掘进距离线性增加;岩石破碎前的压入过程中,被动滚动的滚刀摩擦耗能上升快、耗能高,而主动滚动的滚刀基本没有摩擦耗能,磨损量也低于被动滚动的滚刀;岩石破碎后,滚刀主动滚动时的摩擦耗能比被动滚动减少32.4%,其磨损量也降低约1/3;双刀协同破岩时存在最优刀间距,这为刀盘滚刀布局设计提供了参考。

摘要：根据岩石Drucker-Prager塑性屈服准则和岩石的力学特性,利用ABAQUS软件建立了全断面岩石隧道掘进机(TBM)滚刀破岩的仿真模型,并对滚刀的破岩过程进行了仿真。模拟结果表明:岩石内聚力和内摩擦角的选取对滚刀破岩过程中法向力的影响较大,法向力随着岩石内聚力和内摩擦角的增大而增大。在岩石破坏前,法向力随着滚刀下压深度的增加而增加。对于所选定的岩石力学参数,当yz方向剪应变达到0.183时,岩石出现破碎。这对改进刀盘参数的设计、提高掘进效率具有一定的指导意义。