Моделирование резания горной породы резцами долот типа pdc методом конечных элементов

UDK: 622.24.001.57
DOI: 10.24887/0028-2448-2017-1-38-41
Ключевые слова: метод конечных элементов, долота типа PDC, резцы, резание, числовой эксперимент
Авторы: Т.А. Пригоровская (Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа), С.С. Чаплинский (Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа)

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.


Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) или читать материал, находящийся в открытом доступе, могут только авторизованные посетители сайта.

Библиометрия за 2016 год

SCOPUS
SNIP: 0,573
SJR: 0,205
РИНЦ
Двухлетний импакт-фактор: 0,629
Пятилетний импакт-фактор: 0,471
Показатель в рейтинге SCIENCE INDEX: 0,431
Место в рейтинге SCIENCE INDEX: 1178

ИТ-форум нефтегазовой отрасли
Конкурс на лучший IT-проект