鉆孔模擬的案例
江蘇科技大學《CS》：碳纖維復合材料鉆孔過程動態漸進破壞的跨尺度模擬
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 comsol鉆孔瓦斯抽采半徑數值模擬 ￥80
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 瓦斯抽采鉆孔間距優化三維數值模擬量化研究
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 LS-DYNA應用——巖板鉆孔FEM-DEM模型 ￥50
<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">
<img src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/4bca5f80210c4d2ebf3463dcc40a7e49.jpg" style="" width="683" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/4bca5f80210c4d2ebf3463dcc40a7e49.jpg?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/202507/attachment/4bca5f80210c4d2ebf3463dcc40a7e49.jpg?
展開 
ABAQUS案例-復合材料層合板鉆孔切削及收斂性檢查 ￥3
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。
【7月16日項目懸賞】
立即搶單
【單號6483】
預算范圍：3500
使用軟件：comsol
需求描述：鉆孔 注 液氮溫度場 模擬研究：以含有孔隙裂隙雙重介質的固體煤 基質為幾何模型，構建相應的數學模型，采用有限元分析方法編制計 算程序，模擬注液氮鉆孔周圍和煤體的溫度場分布。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。
立即搶單
【單號6479】
預算范圍：1000
試用軟件：ccs6.2
需求描述：嵌入式軟件，dsp采用28377s，軟件ccs6.2以上版本，要求是采用dsp的cla功能實現加速，cla和cpu同時工作，以提高中斷頻率，源程序會給出，在源程序傷修改。目前的中斷頻率是66kHz，想要做到100k以上。
展開 有限元在石油行業的應用
無論是上游的勘探開發、還是中游的油田開發、以及下游的石油煉化加工等環節均在利用數值模擬技術進行輔助分析和設計。可以說，以有限元、有限差分、有限體積為代表的CAE技術已經滲透到石油工業的方方面面。隨著找油、采油難度的與日俱增，石油工業對數值模擬提出了更艱巨的要求，比如，用新的成油理論進行模擬，發現油田新“大陸”，降低勘探風險；三次采油工藝的多相多場模擬；特殊地質條件下的油藏模擬；特殊地質條件下流體固體相互作用；高原條件下的勘探開發工藝模擬；海洋石油地質條件下的石油開采模擬等。總的來說，需要考慮新的計算模型和計算方法，需要考慮多個物理量相互作用的時空演化，這些都是現有的模擬手段需要發展和完善的方向，以適應石油行業復雜計算模擬需求。有限元分析主要應用包括以下方面：
1.鉆井測井
在石油工業中，為便于找尋石油和探明儲量，需要用到地球物理的方法來測出地下巖層和異常地體的物理參數。陣列方位電阻率成像測井儀作為測定井下地體電阻率的有力工具在石油工業中得到了廣泛的應用。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。到目前為止，大的、簡單的油田勘探已基本結束，為了滿足經濟建設和人民生活對石油日益增長的需求，一方面要尋找更為復雜的勘探目標（包括西部油田），其地表條件一般是起伏地表，且常常覆蓋著沙漠、森林或沼澤；其地下介質條件一般是高度非均勻的，不同介質交界一般是高度非規則的，還常常包含斷層等地質構造。另一方面，東部油田很多已進入中晚期，需要尋找剩余油分布，提高老油田的采收率。這些都要求進一步提高勘探方法和技術。我國石油勘探有關部門多年來致力于地震波傳播總體研究。
展開 使用 CFD 仿真分析混凝土樁的澆筑過程
使用該模型，該團隊模擬了 4 分鐘內混凝土和漿料的流動模式和體積分數。他們還計算了鋼筋籠內外之間的水頭差。
在這個時間段開始時，混凝土(在下圖中用紅色表示)保留在管道內，而泥漿(用藍色表示)充滿了開挖孔的其余部分。隨著時間的推移，混凝土開始從管道中流出，并在鋼筋籠內垂直向上移動。在形成所需的水頭后，混凝土開始徑向流出鋼筋籠并擴散到環形空間中。這種情況一直持續，直到越來越多的開挖孔被混凝土填充，最終取代了泥漿。但是，由于混凝土并沒有均勻地填充空間，因此鋼筋籠內外產生了水頭差。
非牛頓模擬結果，顯示了混凝土（紅色）和泥漿（藍色）在不同時間的體積分數。圖片由 J. Asirvatham、A.E .Tejada-Martinez 和 G. Mullins 提供，源自他們在 COMSOL 用戶年會 2017 波士頓站發表的論文。
使用非牛頓模擬計算出的水頭差為 0.35 米(14 英寸)，這在 0.20 ~ 0.40 米(8 ~ 16 英寸)的實驗觀測范圍內。另一方面，牛頓模擬顯示的水頭差為 0.90 米(36 英寸)，高于觀測范圍。因此，非牛頓流動模型更適合這種混凝土流動模擬，并證明仿真可以成功計算鉆孔中的混凝土水頭差。
通過他們的初步仿真結果，研究人員預測出混凝土流速和鋼筋間距如何影響鋼筋籠內外的混凝土水頭差。他發現，隨著混凝土流速的增加以及鋼筋凈間距的減小，差異也會增加。
下一步
研究人員最初建立的二維軸對稱模型的模擬結果值得信賴，因為計算出的流動模式與項目現場的觀察結果一致。未來，研究人員希望研究該過程如何受到鉆孔樁尺寸和鋼筋設計的影響。他們計劃將他們的模型擴展到三維，以進一步研究混凝土的澆筑過程。
展開 國際系列會議AIAA Scitech 2019--PD報告
NASA先進復合材料聯合中心（ACC）的HEDI項目現階段的工作旨在尋求復合結構的動態斷裂模擬的最新技術。本文討論了針對NASA ACC項目第二階段所選擇的三種漸進損傷分析方法之一：近場動力學（通過EMU實現）。本文通過盲測以及針對蒙皮桁條板彈道沖擊試驗的試驗-分析相關性結果，提供了對近場動力學理論的簡要討論，包括基體非線性效應、應變率依賴性的影響。
圖：NDI（Non-Destructive Inspection）無損檢測結果與預測損傷（EMU）之間的相關性
PD報告摘要二：
https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-1039
基于近場動力學與精化鋸齒理論的復合材料漸進失效分析
本文對復合材料漸進失效分析進行了研究，通過采用近場動力學微分算子（PDDO）來求解精化鋸齒理論（RZT）中的平衡方程，避免了使用剛度退化系數。在RZT的平衡方程推導過程中，材料特性矩陣被認為是空間變化的，不同于一般假設中的均勻變化。這些方程的近場動力學形式能通過移除近場動力學相互作用（鍵）來表達變形中的漸進失效。同樣地，通過移除PD鍵，剛度退化是自然產生的。數值結果先通過與解析解對比驗證了該方法的正確性，然后通過考慮帶貫穿厚度裂紋的對稱疊合層合板進行了驗證。
圖：在具有預置裂縫[0/90/0]層合板中的損傷傳播
PD報告摘要三：
https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2019-1036
聚合物基復合材料鉆孔過程近場動力學模擬
本文研究了聚合物基層合復合材料中鉆孔過程的近場動力學模擬。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。
展開 