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PDC齿切削力数值分析与建模

陈多礼  
【摘要】:PDC钻头性能的优劣从根本上讲主要取决于切削力学性能。对PDC钻头进行力学性能分析是对PDC钻头进行优化设计的核心,但是国内对于切削力学模型建立还不够完善。本文对现有切削力学模型进行总结分析提出了表面分离式切削力学模型建立方法,并针对不同切削条件开展了单齿切削力学实验,通过与数值分析相结合的方式建立了表面分离式切削力学模型。本文研究工作主要包括:1.对不同切削条件开展了单齿切削力学实验,并分析了岩石切削载荷与刮切面积关系,切削载荷与齿径关系,单位面积切削载荷与前倾角关系,切削载荷与岩石性质关系,切削载荷与侧倾角关系,切削载荷与切削间距关系。2.建立了 PDC齿切削岩石有限元模型,并通过改变PDC齿结构参数和切削参数进行数值分析,分析了前倾角对总体切削载荷影响,前倾角对正面切削载荷影响,前倾角对倒角面切削载荷影响,齿倒角高度对切削载荷影响,不同切削深度对切削载荷影响,不同切削弧长对切削载荷影响。3.提出了表面分离式切削力学模型建立方法,并通过切削力学实验与数值分析相结合的方式建立了表面分离式切削力学模型。本文通过进行单齿切削实验与数值分析得出了一些切削载荷规律,不仅对于认识岩石破碎的内在机理,揭示岩石切削力学行为,具有重要的理论意,同时为表面分离式切削力学模型的建立提供了数据保障。表面分离式切削力学模型建立对于预测PDC齿载荷变化规律具有重要的指导意义,对于PDC齿磨损规律的认识提供了理论基础。


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