巖石切削的案例
不同切削深度下二維巖石切削分析
不同切削深度下二維巖石切削分析
線性切削廣泛應用于巖石的數值試驗中，在線性切削過程中切削刀具以設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，巖石采用平面應變四節點雙線性減縮積分單元(CPE4R)，且將被切削部分的巖石進行網格細化，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：
(1)當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，將刀具假設為剛體，且在切削過程中不發生磨損。
(3)不考慮溫度對切削過程的影響。
2.計算參數
密度：2600kg/m3
彈性模量2000000000pa
泊松比0.3
斷裂應變0.002
內摩擦角41.84°;
剪漲角5°;
屈服應力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 生成數條裂紋，用插入cohesive單元做二維巖石切削 ￥30
從工程適用性角度考量，該方法可直接服務于巖石切削工藝優化。在石油工程鉆井、礦山機械切削等實際場景中，巖石內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（如刀具角度、切削速度）下巖石的損傷演化規律，預測切削過程中的崩碎區范圍與裂紋擴展方向，為高效切削工藝參數的制定提供數值依據。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，存在單元積分復雜、計算成本高的問題，對于二維切削這類需要大規模模擬的場景，插入Cohesive單元法兼具精度與效率優勢。
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手段，其核心價值在于實現了巖石斷裂機理、數值計算精度與工程應用需求的有機統一。
展開 abaqus顯示動力學應用-鉆頭切削巖石
abaqus擁有強大的顯示動力學求解能力，應用abaqus的Explicit做了個牙輪鉆頭切削巖石的案例，總結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？
在顯示動力學接觸設置中，abaqus軟件默認的是動態接觸算法（Kinematic contact algorithm）,當開啟多線程時就會由于求解速度過高而產生計算的不穩定性，而該算法的接觸約束嚴格性很高，因此當遇到求解不穩定時就會產生報錯從而導致計算終止。由于罰函數法的接觸約束嚴格性要低于動態接觸算法，因此改為罰函數法（penalty contact method）即可。
2.切削中鉆頭和巖石發生穿透？
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。可以細化接觸區域網格; 修改接觸剛度;用軟接觸代替硬接觸
3.仿真中的求解不穩定性問題？
由于abaqus explicit的接觸算法對接觸面的類型有較嚴格的限制,而切削仿真又是一個高度非線性求解過程，這些都會導致求解的不穩定。可以采用細化網格、調節增量步長、采用ALE技術、在接觸中引入阻尼等來完成的。
4.巖石的切削形態如何控制？
建議失效選用位移方式，合理選擇失效數值
5.求解時間較長？
顯式動力學是采用顯式算法進行動力學方程的求解，顯式算法最大優點是有較好的穩定性，不存在隱式算法中的收斂性問題。顯式動力學最適合發生在短時間，幾毫秒內的事件或更小時間。持續1秒以上的事件可以模擬但是需要較長的時間，通過諸如質量縮放和動態松弛之類的技術可用于提高模擬效率減少計算時長。
求解效果圖如下：
展開 基于SPH方法進行巖石切削
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，滾刀自轉和公轉，k文件 ￥500
LS-DYNA滾刀切削巖石仿真，滾刀自轉和公轉，k文件，僅供研究參考。
巖石或金屬切削，包含切削屑
巖石或金屬切削，包含切削屑
巖石切削熱耦合溫度云圖展示
巖石切削熱耦合溫度云圖展示
PDC多齒破巖仿真
(3) 溫度邊界條件
PDC切削齒在破巖之前，巖石和PDC齒均有一定溫度，通常與室外環境溫度相近，本文將其設置為25℃。分別建立切削齒和巖石的節點集合，并設置其初始溫度場數值為25℃，如圖#所示。
1.4 PDC切削齒和巖石接觸設置
在破巖過程中，PDC切削齒底端部分與巖石上表面發生了接觸，在力的作用下，巖石上表面部分區域被切除，實現了材料去除過程。故在此過程中，需設置巖石和PDC切削齒的相互接觸區域，如圖#所示。本文創建了兩個PDC切削齒的表面集合和巖石上表面被加工區域節點集合，并將前者設為第一接觸表面，后者設置為第二接觸節點。此外，需設置二者的接觸屬性，由于切削齒在與巖屑相互作用會產生接觸應力和摩擦應力，故設置法向行為選擇“硬接觸”，切向行為選擇“罰摩擦接觸”，并設置摩擦系數為0.3。
二、有限元仿真結果與分析
2.1 應力場分析
PDC切削齒破巖過程中不同時刻下巖石的應力場如圖#所示。由圖可知，破巖過程中的應力最大區域集中在切削齒前方待加工區域，數值大約為27MPa左右，在巖石切削深度方向有11MPa左右的應力集中現象，且應力產生范圍沿切深方向可達20mm左右。在巖石的上表面，由于PDC切削齒存在側轉角，被切削材料沿垂直于切削齒齒面方向移動，故導致了切削齒兩側的應力產生范圍并不對稱。
由圖#(c)可知，此時加工時間t=0.0225s，當切削齒即將切出巖石表面時，在巖石的切出端沿切深方向有較大的應力集中現象，數值大約為20MPa左右。當PDC切削齒切出巖石表面時，如圖#(d)所示，巖石加工區域附近有殘余應力存在，數值大約為10MPa左右。
2.2 應變場分析
PDC切削齒破巖過程中不同時刻下巖石的應力場如圖#所示。由圖可知，加工區域的應變場分布較為均勻。
展開 Ansys/Ls-Dyna進行沖擊器活塞撞擊鉆頭的動力分析
潛孔沖擊器工作原理:活塞上下運動，下行時沖擊鉆頭尾部，鉆頭頭部合金齒與巖石接觸，傳遞壓力至巖石，巖石被擠壓產生裂紋，鉆頭在鉆機帶動下旋轉，旋轉中有裂紋的巖石被切削下來。工作中活塞工作頻率很高，常出現早期斷裂，設計潛孔沖擊器時，大家對活塞的設計和制造倍加關注，進行沖擊器的活塞與鉆頭動力分析非常必要。
然而、活塞、鉆頭和巖石之間是沖擊波，沖擊應力計算很復雜，精確度不高，Ls-Dyna的出現給沖擊器的活塞與鉆頭動力分析帶來了方便，通過分析對活塞的設計和制造提供了理論依椐。
Ls-Dyna是功能齊全的幾何非線性、材料非線性以及摩擦和接觸分離等界面狀態的非線性程序，凡是涉及接觸碰撞、爆炸、穿甲、應力波傳播和金屬加工等問題都可以求解，
Ansys中綜合了Ls-Dyna。
Ansys/Ls-Dyna計算更為方便和精確。
進行活塞與鉆頭動力分析簡述如下:要有:活塞尺寸;鉆頭尺寸;巖石塊尺寸，活塞速度。
計算時使用APDL程序文件，該文件操作者自己編制。關鍵是編制APDL程序文件，完成編制則完成大部分工作量，其他工作由Ansys/Ls-Dyna軟件完成。
整體計算過程:
一.APDL文件:編制情況簡述:
有限元計算要有數學、力學、有限元理論、工程科學、軟件操作和工程經驗，必須對整個計算過程細節進行詳細考察，對軟件的適用范圍、計算精度、有限元模型的網絡劃分精度、材料參數、邊界條件及初始條件搞準、否則可能出錯，濫用是危險的做法，會得出錯誤的結果。
步驟如下:
1.定義工程名稱屬性和采用國際單位制。
2.定義單元類型、材料與實常數:
(1).活塞、鉆頭、巖石的單元類型都為SOLID164
.
(2).輸入活塞、鉆頭、巖石的材料參數:彈性模數、密度、泊松比。
3.建立實體模型，將實體模型剖成為1/4計算。
展開 【1月9日項目懸賞】
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【單號5920】
預算范圍：1000
使用軟件：matlab
需求描述：用matlab/simulink 錨泊系統分析
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【單號5929】
預算范圍：1500
使用軟件：abaqus
需求描述：PDC不同復合界面溫度場殘余應力，PDC切削巖石鉆進數值模擬
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【單號5951】
預算范圍：2000-3000
使用的軟件： LS-DYNA
需求描述：想請人調調K文件參數，PVC或ABS圓柱殼體的爆炸仿真，讓破片外形、質量分布、速度、3m范圍內的沖擊波超壓與試驗盡可能與試驗對標，K文件我已有了，無需建模，只要選擇合理的材料本構和參數就好。炸藥參數我已基本對標，但PVC這類塑料材料本構及參數上，文獻很有限，特別是爆炸失效下的應變率。 具體要求： 1. 對標上，優先滿足沖擊波、破片尺寸、速度指標。 2. 材料本構、參數選取，需提供可靠的數據來源（文獻或者試驗）。不可用塑形隨動本構 3. 全彈仿真
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【單號5955】
預算范圍：500-1000
需求描述：我在做木結構，由試驗得到節點的荷載—位移滯回曲線后，需要在abaqus中的UEL子程序定義，有大神可以教我嗎？
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展開 【1月2日項目懸賞】
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【單號5920】
預算范圍：1000
使用的軟件：matlab
需求描述：用matlab/simulink 錨泊系統分析
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【單號5926】
預算范圍：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，計算結果不需要多準確，計算方法能解釋通就可以
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【單號5929】
預算范圍：1500
使用軟件：ABAQUS
需求描述：
PDC不同復合界面溫度場殘余應力，PDC切削巖石鉆進數值模擬
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【1月16日項目懸賞】
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【單號5929】
預算范圍：1500
需求描述：PDC不同復合界面溫度場殘余應力，PDC切削巖石鉆進數值模擬
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【單號5920】
預算范圍：1000
需求描述：用matlab/simulink 錨泊系統分析
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【單號5919】
預算范圍：1000
使用軟件：matlab
需求描述：指導活塞潤滑雷諾方程matlab求解程序。可以在我的基礎上修改，也可以重新編寫。目前存在的問題是油膜壓力與油膜厚度不對應。
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展開 錯過等一年！技術鄰雙十一精選課程案例6折起！更有VIP等你來拿！
否
LS-DYNA軸壓和圍壓下霍普金森壓桿SHPB動態壓縮模擬
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LS-DYNA張開空節理和充填節理巖體爆破模擬
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（SCI）隧道斷面分段開挖、循環掘進爆破-LS-DYNA等效爆炸荷載法+重啟動
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LS-DYNA的HJC本構模型介紹和參數標定教學（巖石、混凝土材料）
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LS-DYNA的SPH-FEM耦合法模擬巖石切削過程
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LS-DYNA的FEM-SPH自適應耦合法模擬SHPB霍普金森壓桿動態壓縮
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展開 關于鉆井,你想了解的都在這…
鉆頭鉆進巖石時，鉆頭上出露的棱角鋒利的金剛石刃齒以微切削、刻劃等方式來破碎巖石。磨削破巖屬于表面破碎，破巖效率較低。
3）金剛石鉆頭的正確使用
金剛石鉆頭適用鉆中到堅硬、研磨性地層和渦輪鉆井、深井超深井鉆井以及取芯作業。使用金剛石鉆頭前，井底要打撈干凈，保證沒有金屬落物。鉆頭剛下到井底時，要先用小鉆壓、低轉速跑合。然后采用相對較低的鉆壓（和牙輪鉆頭相比），較高的轉速和較大的排量鉆進。應盡量避免劃眼。如果必須進行劃眼，應采用低鉆壓和低轉速，操作要均勻，防止鉆頭規徑部分金剛石碎裂和過度磨損。
5、PDC鉆頭（Polycrystalline Diamond Compact Bit）
PDC鉆頭是聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，亦稱聚晶金剛石切削塊鉆頭或復合片齒鉆頭。從1973年美國通用電氣公司引入PDC切削塊，研制出第一個PDC鉆頭后，PDC鉆頭便以其鉆速快、壽命長、進尺高等優勢，在石油鉆井中得到了廣泛的應用。幾乎所有鉆頭制造商都采用了這一技術，開始生產自己的PDC鉆頭系列。
1）PDC鉆頭的結構特點
PDC鉆頭由鉆頭體、PDC切削齒和噴嘴等部分組成，按結構與制造工藝的不同分為鋼體和胎體兩大系列。
剛體PDC鉆頭的整個鉆頭體都采用中碳鋼材料并采用機械 制造工藝加工成形。在鉆頭工作面上鉆孔，以壓入緊配合方式將PDC切削齒固緊在鉆頭冠部。鉆頭冠部采用表面硬化工藝（噴涂碳化鎢耐磨層、滲碳等）進行處理，以增強其耐沖蝕能力。這種鉆頭的主要優點是制造工藝簡單；缺點是鉆頭體不耐沖蝕，切削齒難以固牢，目前應用較少。
胎體PDC鉆頭的鉆頭體上部為鋼體，下部為碳化鎢耐磨合金 胎體，采用粉末冶金燒結工藝制造成型。用低溫焊料將PDC切削齒焊接在胎體預留窩槽上。
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