В последние годы метод конечных элементов используется для моделирования процессов резания, в том числе резания горных пород, благодаря простоте и эффективности. Современное программное обеспечение (Ansys Explicit) позволяет применять этот метод для оптимизации конструкции бурового инструмента, в том числе долот типа PDC. Данный подход особенно актуален в связи с высокой стоимостью долот и их отдельных элементов, а также натурных исследований в целом.
В статье рассмотрена задача моделирования работы резцов для долот типа PDC разных форм при линейном и круговом резании методом конечных элементов с целью определения формы резца, которая вызывает наименьшую величину колебаний силы резания породы. В связи с отсутствием экспериментальных данных для верификации результатов моделирования интерес представляют качественные результаты моделирования. Особенностью представленного подхода является динамическая постановка задачи. Заданы пространственная форма резца, элементы режима резания (скорость и глубина), реологическая модель обрабатываемого материала, модель трения. На модели рассмотрено влияние конструкции резцов долот типа PDC на характеристики резания породы при круговом и линейном резании.
Представленный подход целесообразно применять для моделирования работы резцов при резании горной породы. Показаны его эффективность и возможность использования для проектирования бурового инструмента. Динамическая постановка задачи позволила получить качественные характеристики процесса за весь период работы резца, а также распределение напряжений, которые испытывает блок горной породы, и колебаний сил реакции горной породы на резец за весь период вычислительного эксперимента.
Список литературы
1. Numerical simulation study on the optimization design of the crown shape of PDC drill bit/Pei Ju, Zhenquan Wang, Yinghu Zhai [et al.]//J Petrol Explor Prod Technol. DOI 10.1007/s13202-013-0091-9
2. Jaime Maria. Numerical modeling of rock cutting and its associated fragmentation process using the finite element method. PhD thesis. – Pittsburg, University of Pittsburgh, 2012. – 275 p.
3. Hallquist J.O. LS-DYNA Theoretical manual. -Livermore: LSTC, 1998. – 498 р.
4. Залога В.А., Криворучко Д.В., Хвостик С.Н. Имитационная модель прямоугольного свободного резания [Текст] / Вісник Сумського державного університету. Серия, Технічні науки : науковий журнал. – 2005. – N 11. – С. 55-66.
