巖石切削
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2022-06-28
巖石切削的視頻教程
LS-DYNA的SPH-FEM耦合法模擬巖石切削過程
基于LS-DYNA軟件的FEM-SPH耦合算法模擬金剛石切削巖石過程，建模步驟詳細，并講解如何輸出損傷和切削力，k文件可在電腦端附件下載。另外，如做的是金屬切削，只需將工件的材料關(guān)鍵字換成金屬本構(gòu)即可，比如JC本構(gòu)。 若對學(xué)習(xí)有幫助，期待5星好評。
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巖石切削的實例教程
不同切削深度下二維巖石切削分析
線性切削廣泛應(yīng)用于巖石的數(shù)值試驗中，在線性切削過程中切削刀具以設(shè)定的速度劃過巖石表面，同時以不同深度切削巖石，切削破壞表層部分巖石材料。使用ABAQUS有限元軟件建立單刀線性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對巖石切削中切削力的影響。
1.計算模型
運用有限元顯示動力學(xué)分析方法進行仿真模擬計算。在有限元模型中，巖石材料模型的長度為20mm，高度為5mm的長方形，刀具為長3mm，寬1mm，傾角為15°。
如圖所示為巖石單刀線性切削模型示意圖。將切削刀具視為剛體，巖石材料剖分為6000個單元，巖石采用平面應(yīng)變四節(jié)點雙線性減縮積分單元(CPE4R)，且將被切削部分的巖石進行網(wǎng)格細化，保證精度的同時提高計算效率。
單刀線性切削巖石材料的仿真計算十分復(fù)雜，為了提高計算效率和便于分析，忽略次要影響因素，對該模型做出如下假設(shè)：
(1)當(dāng)巖石材料單元失效后即從模型中刪除，忽略其失效后對后續(xù)切削的影響。
(2)切削刀具的強度和剛度遠高于巖石材料，將刀具假設(shè)為剛體，且在切削過程中不發(fā)生磨損。
(3)不考慮溫度對切削過程的影響。
2.計算參數(shù)
密度：2600kg/m3
彈性模量2000000000pa
泊松比0.3
斷裂應(yīng)變0.002
內(nèi)摩擦角41.84°;
剪漲角5°;
屈服應(yīng)力10900000pa
失效位移0.0001
3.計算工況
切削速度為15mm/s，切割時間為0.5s，質(zhì)量縮放為10000。
建立切削深度為0.1 mm -1.8mm共18個工況。
將切削刀具視為剛體，在切削刀具上設(shè)置參考點RP來約束其運動，這樣不僅便于切削力的提取，也便于對刀具施加約束條件。
展開 從工程適用性角度考量，該方法可直接服務(wù)于巖石切削工藝優(yōu)化。在石油工程鉆井、礦山機械切削等實際場景中，巖石內(nèi)部存在天然微裂紋與缺陷，多裂紋擴展直接影響切削效率與刀具磨損。通過插入Cohesive單元生成多裂紋，可模擬不同切削參數(shù)（如刀具角度、切削速度）下巖石的損傷演化規(guī)律，預(yù)測切削過程中的崩碎區(qū)范圍與裂紋擴展方向，為高效切削工藝參數(shù)的制定提供數(shù)值依據(jù)。而其他裂紋生成方法（如擴展有限元法XFEM）雖也可模擬裂紋擴展，但在多裂紋相互作用及碎屑分離的模擬中，存在單元積分復(fù)雜、計算成本高的問題，對于二維切削這類需要大規(guī)模模擬的場景，插入Cohesive單元法兼具精度與效率優(yōu)勢。
綜上，插入Cohesive單元生成多裂紋是二維巖石切削模擬中不可或缺的技術(shù)手段，其核心價值在于實現(xiàn)了巖石斷裂機理、數(shù)值計算精度與工程應(yīng)用需求的有機統(tǒng)一。
展開 abaqus擁有強大的顯示動力學(xué)求解能力，應(yīng)用abaqus的Explicit做了個牙輪鉆頭切削巖石的案例，總結(jié)以下幾個遇到的問題：
1.不開多線程可以正常求解，一開多線程就報錯？
在顯示動力學(xué)接觸設(shè)置中，abaqus軟件默認(rèn)的是動態(tài)接觸算法（Kinematic contact algorithm）,當(dāng)開啟多線程時就會由于求解速度過高而產(chǎn)生計算的不穩(wěn)定性，而該算法的接觸約束嚴(yán)格性很高，因此當(dāng)遇到求解不穩(wěn)定時就會產(chǎn)生報錯從而導(dǎo)致計算終止。由于罰函數(shù)法的接觸約束嚴(yán)格性要低于動態(tài)接觸算法，因此改為罰函數(shù)法（penalty contact method）即可。
2.切削中鉆頭和巖石發(fā)生穿透？
在切削仿真中鉆頭和巖石間的接觸壓力、接觸剛度和許用穿透量之間的平衡被打破。可以細化接觸區(qū)域網(wǎng)格; 修改接觸剛度;用軟接觸代替硬接觸
3.仿真中的求解不穩(wěn)定性問題？
由于abaqus explicit的接觸算法對接觸面的類型有較嚴(yán)格的限制,而切削仿真又是一個高度非線性求解過程，這些都會導(dǎo)致求解的不穩(wěn)定。可以采用細化網(wǎng)格、調(diào)節(jié)增量步長、采用ALE技術(shù)、在接觸中引入阻尼等來完成的。
4.巖石的切削形態(tài)如何控制？
建議失效選用位移方式，合理選擇失效數(shù)值
5.求解時間較長？
顯式動力學(xué)是采用顯式算法進行動力學(xué)方程的求解，顯式算法最大優(yōu)點是有較好的穩(wěn)定性，不存在隱式算法中的收斂性問題。顯式動力學(xué)最適合發(fā)生在短時間，幾毫秒內(nèi)的事件或更小時間。持續(xù)1秒以上的事件可以模擬但是需要較長的時間，通過諸如質(zhì)量縮放和動態(tài)松弛之類的技術(shù)可用于提高模擬效率減少計算時長。
求解效果圖如下：
展開 簡易PDC切削巖石，巖石采用SPH方法建模
LS-DYNA滾刀切削巖石仿真，滾刀自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，k文件，僅供研究參考。
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巖石切削的最新內(nèi)容
LS-DYNA滾刀切削巖石仿真，滾刀自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，k文件，僅供研究參考。
# 采用插入Cohesive單元生成多裂紋開展二維巖石切削模擬的必要性
在二維巖石切削數(shù)值模擬中，采用**插入Cohesive單元法生成多裂紋**是精準(zhǔn)刻畫切削過程中巖石損傷、裂紋萌生-擴展-貫通及碎屑形成的核心技術(shù)手段，其必要性可從力學(xué)機理表征、數(shù)值計算精度、工程適用性三個維度展開分析。
abaqus擁有強大的顯示動力學(xué)求解能力，應(yīng)用abaqus的Explicit做了個牙輪鉆頭切削巖石的案例，總結(jié)以下幾個遇到的問題：
1.不開多線程可以正常求解，一開多線程就報錯？
+重啟動
https://www.yqgqt.org.cn/video/c182621
否
LS-DYNA的HJC本構(gòu)模型介紹和參數(shù)標(biāo)定教學(xué)（巖石、混凝土材料）
https://www.yqgqt.org.cn/video/c189048
否
LS-DYNA的SPH-FEM耦合法模擬巖石切削過程
不同切削深度下二維巖石切削分析
線性切削廣泛應(yīng)用于巖石的數(shù)值試驗中，在線性切削過程中切削刀具以設(shè)定的速度劃過巖石表面，同時以不同深度切削巖石，切削破壞表層部分巖石材料。使用ABAQUS有限元軟件建立單刀線性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對巖石切削中切削力的影響。
1.計算模型
運用有限元顯示動力學(xué)分析方法進行仿真模擬計算。
2）刮刀鉆頭工作原理
刮刀鉆頭以切削方式破碎巖石。刮刀鉆頭在 軟的塑性地層工作時，其切削過程類似于刀具切削軟金屬。刀片在鉆壓的作用下吃入地層，與此同時刀刃前面的巖石在扭轉(zhuǎn)力的作用下不斷產(chǎn)生塑性流動， 井底巖石被層層剝起 。
分別建立切削齒和巖石的節(jié)點集合，并設(shè)置其初始溫度場數(shù)值為25℃，如圖#所示。
1.4 PDC切削齒和巖石接觸設(shè)置
在破巖過程中，PDC切削齒底端部分與巖石上表面發(fā)生了接觸，在力的作用下，巖石上表面部分區(qū)域被切除，實現(xiàn)了材料去除過程。故在此過程中，需設(shè)置巖石和PDC切削齒的相互接觸區(qū)域，如圖#所示。
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【單號5929】
預(yù)算范圍：1500
需求描述：PDC不同復(fù)合界面溫度場殘余應(yīng)力，PDC切削巖石鉆進數(shù)值模擬
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【單號5920】
預(yù)算范圍：1000
需求描述：用matlab/simulink 錨泊系統(tǒng)分析
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【單號5919】
預(yù)算范圍
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【單號5920】
預(yù)算范圍：1000
使用軟件：matlab
需求描述：用matlab/simulink 錨泊系統(tǒng)分析
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【單號5929】
預(yù)算范圍：1500
使用軟件：abaqus
需求描述：PDC不同復(fù)合界面溫度場殘余應(yīng)力，PDC切削巖石鉆進數(shù)值模擬
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】
預(yù)算范圍：4000
使用軟件：ansys+fluent/cfx
需求描述：
需求基本在圖片里寫清楚了，最后能錄制一個教程最好，計算結(jié)果不需要多準(zhǔn)確，計算方法能解釋通就可以
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【單號5929】
預(yù)算范圍：1500
使用軟件：ABAQUS
需求描述：
PDC不同復(fù)合界面溫度場殘余應(yīng)力，PDC切削巖石鉆進數(shù)值模擬
