鉆孔模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-01
鉆孔模擬的視頻教程
基于PBM-SPH耦合算法的立柱鉆孔爆破數值模擬
為真實再現鉆孔爆破條件下炸藥爆轟和立柱破碎的全過程，在LS-DYNA軟件計算平臺，采用PBM-SPH耦合算法結合1:1物理模型試驗，對炸藥的爆轟過程、立柱的破碎特征和飛石的飛散規律進行了研究。
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鋼筋混凝土立柱鉆孔爆破破壞過程數值模擬
采用粒子爆破法耦合有限元算法（PBM-FEM），通過粒子的高速運動碰撞模擬爆炸沖擊荷載和爆生氣體逸出炮孔的過程，揭示鋼筋混凝土立柱的鉆孔爆破破壞過程及其爆破破壞失效機理。附件包含：有限元建模APDL文件和計算K文件。
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鉆孔模擬的實例教程
圖8 纖維參考點中的SAFs
圖9 基體參考點中的SAFs
利用ABAQUS/Explicit軟件建立了相應碳纖維復合材料的鉆孔三維有限元模型。相應的鉆孔CERPs跨尺度有限元模型和TDR參數如圖10所示。
圖10 鉆孔碳纖維復合材料的跨尺度模型
小結
本研究探索了一種綜合跨尺度建模方法，利用TDR精確模擬碳纖維復合材料鉆孔的動態漸進破壞行為。基于ABAQUS/Explicit軟件建立了T700S-12 K/YP-H26碳纖維復合材料層合板鉆孔數值模擬方案，利用自定義材料子程序VUMAT分別預測了層內損傷演化和層間分層。通過一系列實驗，從打孔質量評價指標毛刺、分層因子等方面驗證了模型的尺寸跨度。主要結論如下:
（1）與實驗結果相比，所建立的跨尺度鉆孔有限元模型在預測推力和扭矩時精度較高，最大偏差分別僅為3.43%和7.69%。
（2）轉孔的不同類型的損害行為可以得到模擬,如撕裂損傷、毛刺、撕裂等。
（3）最大平均推力和扭矩、毛刺、分層損傷隨著進料速度增加突然增加,而隨著主軸轉速的增加而逐漸減小。
原始文獻：Liu Y, Li Q, Qi Z, Chen W. Scale-span modelling of dynamic progressive failure in drilling CFRPs using a tapered drill-reamer[J]. Composite Structures, 2021, 278:114710.
展開 為考察鉆孔設計參數的差異對瓦斯抽采半徑的影響，采用COMSOL數值模擬研究瓦斯抽采半徑在不同鉆孔布置方式和設計參數下的影響規律。研究發現，消突區域隨著抽采鉆孔間距的增大而增大，不同鉆孔間隔下的布置方式對抽采效果有較大影響。另外，消突區域直徑隨著鉆孔直徑的增大也逐漸增大，相比單個順層鉆孔，鉆孔耦合時，鉆孔直徑的變化對瓦斯抽采效果影響不大，因此在順層多孔耦合的條件下，通過增大鉆孔直徑的方法來擴大消突區域是不可行的。隨著抽采時間的延長，順層、多孔耦合鉆孔的消突區域逐漸增大，其消突區域有一個閾值，一段時間后，再繼續抽采瓦斯已經沒有效果。隨著抽采負壓的增大，鉆孔抽采影響半徑有小范圍增大，但增大的幅度遠遠小于抽采負壓的增大幅度，直到穩定在某個定值上。隨著抽采時間的增加，順層鉆孔單孔的抽采瓦斯流量逐漸降低，且降低的幅度逐漸減弱，最終逐漸靠近于某一個定值。單孔瓦斯流量與抽采時間之間呈現指數關系，并對此結論進行現場驗證，研究結果對煤礦瓦斯抽采鉆孔設計具有一定指導意義。
展開 為了識別鉆孔間距對煤層瓦斯抽采的影響及如何實現高效抽采，基于流固耦合模型，建立三維幾何模型，使其更接近現場實際，借助 COMSOL 軟件模擬某煤礦鉆孔不同間距的瓦斯抽采過程，利用瓦斯壓力為 0.74 MPa 等壓面三維立體圖使有效抽采區域可視化，通過計算有效抽采區域體積大小，量化分析鉆孔間距對抽采效果的影響。結果表明：單一鉆孔抽采 120 d 時，有效抽采半徑約為 1.5 m；當布置多個鉆孔且鉆孔間距 d 為 5 m，抽采 120 d 時，瓦斯壓力為 0.74 MPa 的等壓面圍繞所有鉆孔近似呈圓柱狀但向內部凹陷(即出現空白帶)；鉆孔間距 d 為 2.1、3、4、5、6 m時，有效抽采區域體積 V 的大小順序隨著時間的增長而改變，抽采 120 d 時，Vd=5 m>Vd=4 m>Vd=3 m> Vd=2.1 m>Vd=6 m。綜合分析瓦斯壓力等壓面三維立體圖和有效抽采區域體積的大小順序，確定該礦鉆孔的較優間距為 4 m。研究提出的以有效抽采半徑、疊加效應、三維瓦斯壓力等壓面的形狀及有效抽采區域體積大小為指標的鉆孔間距數值計算考察方法，可為煤礦井下鉆孔間距優化布置提供參考。
具體部分內容見下文。掌握了這個案例就基本掌握瓦斯抽采相關內容，需要的私信聯系。
展開 <p>案例為螺旋鉆頭對巖石板鉆孔的模擬。</p><p>鉆頭為剛性，巖板為DEM建模，抗壓強度約為80MPa。</p><p>本案例完全采用lsprepost建模。</p><p>注意：穩定計算需要R14以上求解器。</p><p>如需建模過程，請私信。</p><p><br></p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202507/attachment/4bca5f80210c4d2ebf3463dcc40a7e49.jpg" style="display: inline-block;" data-regular="true">
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展開 復合材料結構正逐漸在航空、航天、汽車、船舶上應用開來，而復合材料當與其他結構進行連接時，就需要對復合材料結構進行切削或鉆孔。為了模擬復合材料的鉆孔或切削過程，本實例（附件中inp文件）介紹了在ABAQUS中如何模擬復合材料層合板的鉆孔切削過程。同時由于鉆孔行為較為復雜，本實例在前處理過程中設置了若干參數或技巧來避免計算的發散。
鉆孔模擬的相關專題、標簽、搜索
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<p>案例為螺旋鉆頭對巖石板鉆孔的模擬。</p><p>鉆頭為剛性，巖板為DEM建模，抗壓強度約為80MPa。</p><p>本案例完全采用lsprepost建模。</p><p>注意：穩定計算需要R14以上求解器。</p><p>如需建模過程，請私信。
為了獲得填充鉆孔樁的混凝土的正確流動，研究團隊決定使用仿真來模擬鉆孔的混凝土澆筑過程。接下來，讓我們來看看他們所做的這項工作。
使用 COMSOL Multiphysics? 分析鉆孔的混凝土澆筑過程
在他們的研究中，該團隊創建了一個初步的二維軸對稱鉆孔樁模型，該模型由一個深度為 7 英尺、直徑為 4 英尺(深約 2.1 米、直徑約 1.2 米)的矩形元件組成。
為了識別鉆孔間距對煤層瓦斯抽采的影響及如何實現高效抽采，基于流固耦合模型，建立三維幾何模型，使其更接近現場實際，借助 COMSOL 軟件模擬某煤礦鉆孔不同間距的瓦斯抽采過程，利用瓦斯壓力為 0.74 MPa 等壓面三維立體圖使有效抽采區域可視化，通過計算有效抽采區域體積大小，量化分析鉆孔間距對抽采效果的影響。
基于ABAQUS/Explicit軟件建立了T700S-12 K/YP-H26碳纖維復合材料層合板鉆孔數值模擬方案，利用自定義材料子程序VUMAT分別預測了層內損傷演化和層間分層。通過一系列實驗，從打孔質量評價指標毛刺、分層因子等方面驗證了模型的尺寸跨度。主要結論如下:
（1）與實驗結果相比，所建立的跨尺度鉆孔有限元模型在預測推力和扭矩時精度較高，最大偏差分別僅為3.43%和7.69%。
為考察鉆孔設計參數的差異對瓦斯抽采半徑的影響，采用COMSOL數值模擬研究瓦斯抽采半徑在不同鉆孔布置方式和設計參數下的影響規律。研究發現，消突區域隨著抽采鉆孔間距的增大而增大，不同鉆孔間隔下的布置方式對抽采效果有較大影響。另外，消突區域直徑隨著鉆孔直徑的增大也逐漸增大，相比單個順層鉆孔，鉆孔耦合時，鉆孔直徑的變化對瓦斯抽采效果影響不大，因此在順層多孔耦合的條件下，通過增大鉆孔直徑的方法來擴大消突區域是不可行的
構建 1m*1m*1m 的立方煤體幾何模型，模型上部中央布置直徑 20mm 的注液氮鉆孔， 采用低溫鉆孔恒定溫度的邊界條件，模擬鉆孔周圍煤基質的破裂特征 和煤體溫度場分布隨時間的變化規律。
復合材料結構正逐漸在航空、航天、汽車、船舶上應用開來，而復合材料當與其他結構進行連接時，就需要對復合材料結構進行切削或鉆孔。為了模擬復合材料的鉆孔或切削過程，本實例（附件中inp文件）介紹了在ABAQUS中如何模擬復合材料層合板的鉆孔切削過程。同時由于鉆孔行為較為復雜，本實例在前處理過程中設置了若干參數或技巧來避免計算的發散。
先是通過考慮簡單靜力與沖擊荷載條件驗證了模型，接著進行了瞬態分析來模擬鉆孔過程中剛性鉆頭的運動以及包括分層與材料剝落的損傷模式。這一方法可拓展到考慮不同的鉆頭類型、各種鉆孔參數、一般性鋪層、纖維增強復合材料的材料特性。
還有鉆孔測井分析是通過模擬鉆孔后油壓變化，來估計油層的壓力和開采潛能。目前關于這方面的數值模擬軟件很少，基本上在方法上探討工作，就看這方面的方法發展狀況，大部分還是在解釋和經驗上發展。
2. 石油勘探
我國的石油地震勘探工作正面臨著比過去更為困難復雜的情況。
