钻齿侵入破岩是钻头破岩的主要方式之一.为了探究不同齿形侵入破碎非均质硬岩的效率差异,基于Voronoi细分方法建立了2种花岗岩(灰白色和浅红色花岗岩)的有限元模型.该模型参数的标定相对误差在7％以内,能够较好地反应花岗岩的非均质特性.建立5种不同钻齿侵入破碎花岗岩的仿真模型,对比分析钻齿在特定侵入载荷下的侵入力、侵入深度和花岗岩破碎程度等参数.研究结果表明:侵入力恒定时,侵入位移迅速增大至峰值,随后在岩石内弹性能的释放和外侵入载荷的共同作用下,在最大位移附近波动;随着侵入力增大,最大侵入位移也增大,当侵入力为1～4 kN时,最大位移在0.15 mm内;增大侵入力更能损伤岩石,载荷为3～4 kN时破岩效率相对较高;5种齿中,侵入性能最好的是CS型齿,最差的是CB型齿.该研究既可为利用有限元研究"岩石-刀具"的破岩机理提供一种新思路,也可为牙轮钻头和冲击钻头等钻具的选齿提供参考.

钻头;侵入破岩;Voronoi细分;花岗岩;齿形;有限元模型

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[1]刘和兴;罗云旭;刘伟吉;柳亚亚;吴艳辉;蔡饶;祝效华-.钻齿侵入破碎非均质花岗岩机理研究)[J].石油矿场机械,2022(01):9-19

侵入破岩

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