多脊PDC切削齿破岩有限元仿真及其几何结构影响

针对脊高为0~5 mm、脊角为115°~172°的多脊齿开展固定切削深度的旋转切削破岩数值模拟研究。分析多脊齿几何结构对切削力、地层吃入性能、机械比能的影响规律,并且在研究多脊齿机械比能时考虑轴向力的影响。结果表明:随着脊角变小,多脊齿的切削力减小,地层吃入性能增加,126°脊角的多脊齿吃入地层轴向力较平面齿低41%,最佳切削深度为2 mm;机械比能方面轴向上消耗的比能是切向的1.2~1.5倍,且脊角的小角度改变对机械比能影响甚微;特殊几何结构下多脊齿更易出现接触应力集中,并在旋转时出现侧向力,当脊角大于151°且多脊齿切削半径大于28 mm时破岩效果最佳。