钻头圆锥钻齿切削岩石数值模拟以及一种新的解析估算模型

旋挖钻钻头圆锥形钻齿切削岩石破碎机理研究,能为旋挖钻钻头结构优化设计与钻进效率提升提供相关技术支持。基于修正的Drucker-Prager塑性模型,建立了圆锥钻齿切削岩石的数值仿真模型,并测试了抗拉强度、抗压强度两种准则计算结果的差异和岩石剪胀角对数值仿真计算的影响。同时,结合岩石抗压强度、内聚力以及摩擦角,给出了一种新的圆锥钻齿切削作用力的解析求解模型。将某砂岩切削试验的测试数据对比,验证了相关计算。从对比结果可知:以抗拉强度准则进行数值模拟所得的钻齿切削作用力小于试验测试值,误差较大;但以抗压强度准则进行计算的结果更接近实验测试数据。同时,所建立的解析估算模型有较好的计算精度,解析估算值与实验值误差的绝对值控制在30%以内。