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复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
被引量：
3
1
作者
秦承帅
孙洪斌
+4 位作者
李利平
刘学
港
刘知辉
冯春
孙子正
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期109-120,共12页
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法...
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。
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关键词
破岩
复合冲击钻进
PDC钻齿
破岩机理
连续-非连续分析方法
数值模拟
下载PDF
职称材料
基于斜桩支护的框架结构基坑变形分析
被引量：
2
2
作者
张福海
周玉石
+3 位作者
刘学
港
秦承帅
孙子正
张一鸣
《山东大学学报（工学版）》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第1期58-65,共8页
基于数值分析方法与修正剑桥模型理论,针对土-斜桩-框架桩体系共同作用下基坑变形问题,运用有限元软件ABAQUS模拟斜桩竖向沉降、地下连续墙水平侧移、地表竖向沉降、框架桩水平侧移的受力变形情况。在基坑施工过程中,当斜桩布置较为密集...
基于数值分析方法与修正剑桥模型理论,针对土-斜桩-框架桩体系共同作用下基坑变形问题,运用有限元软件ABAQUS模拟斜桩竖向沉降、地下连续墙水平侧移、地表竖向沉降、框架桩水平侧移的受力变形情况。在基坑施工过程中,当斜桩布置较为密集时,上部框架桩结构易受斜桩近距离作用,甚至存在因操作不规范导致的局部搭接,产生较长时间内共同作用,引起较大桩侧变形甚至结构沉降。通过数值分析工具,对多工况参数如斜桩夹角、框架桩尺寸、框架桩与斜桩间距进行参数敏感性分析,获得了结构的力学响应特征及长期变形规律。
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关键词
基坑支护
斜桩结构
桩土作用
修正剑桥模型
数值分析
原文传递
题名
复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
被引量：
3
1
作者
秦承帅
孙洪斌
李利平
刘学
港
刘知辉
冯春
孙子正
机构
山东大学齐鲁交通学院
山东铁路投资控股集团有限公司
中国科学院力学研究所
山东大学深圳研究院
出处
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期109-120,共12页
基金
山东铁投集团科研项目(TTKJ2021-06)
深圳市科技计划项目(GJHZ20200731095006019)
+1 种基金
济南重工集团有限公司科研项目(JtZlgh-2020-007)
山东省自然科学基金青年项目(ZR2022QE021)。
文摘
复合冲击钻进是兼具轴向和扭转2个维度冲击的新型破岩技术,针对岩石在聚晶金刚石复合片钻头(Polycrystalline Diamond Compact,PDC)钻齿轴向-扭转2个方向冲击作用下破坏机制复杂、复合冲击破岩机理不清晰等问题,基于连续-非连续分析方法(Continuous Discontinuous Element Method,CDEM),建立基于共享节点的FEM-DEM岩石模型,再通过室内单轴压缩实验验证该计算模型的合理性。基于JavaScript二次开发,建立单钻齿复合冲击运动模型,并模拟PDC单钻齿在正弦函数下的复合冲击破岩过程。通过对岩屑、径向剪切裂纹、侧向裂纹和侧向主裂纹等形成过程的分析,揭示岩石在复合冲击作用下的破坏规律。在此基础上,建立单钻齿复合冲击切削力学模型,开发适用于分析复合冲击破岩钻进的连续-非连续数值算法,分析不同切削深度、前倾角度、轴向冲击速度、扭转冲击速度下的破岩效果,探讨不同钻齿参数下的切削力和破岩规律。结果表明:复合冲击作用下钻齿前方和下方岩石均发生大体积破碎,可实现“立体破岩”效果,进而减小钻头的粘滑效应。钻齿与岩层的接触面积、接触弧长、冲击能量的分配效果是影响复合冲击破岩效率的关键因素。岩层的破碎体积随着切入深度的增大而增大,但钻齿所受的切削力也会同步增大;冲击角度影响冲击能量在水平和垂直方向的分布效果,较小的前倾角度下钻齿破岩体积较大;提高轴向冲击速度和扭转冲击速度可提高岩层破碎体积,但钻齿所受的切削力也相对较大,不利于钻具寿命的延长。研究结果可对提高不同工况下的破岩效率、优化PDC钻齿设计参数、延长钻具使用寿命等提供借鉴意义。
关键词
破岩
复合冲击钻进
PDC钻齿
破岩机理
连续-非连续分析方法
数值模拟
Keywords
rock breaking
composite impact drilling
PDC drill bit
rock breaking mechanism
Continuous-Discontinuous Element Method(CDEM)
numerical simulation
分类号
TV554 [水利工程—水利水电工程]
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职称材料
题名
基于斜桩支护的框架结构基坑变形分析
被引量：
2
2
作者
张福海
周玉石
刘学
港
秦承帅
孙子正
张一鸣
机构
河北工业大学土木与交通学院
上海城地岩土设计有限公司
山东大学齐鲁交通学院
出处
《山东大学学报（工学版）》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第1期58-65,共8页
基金
国家自然科学基金资助项目(51809069,51709258)
中国博士后基金特别资助项目(2020T130377)
山东省博士后基金创新资助项目(202001012)。
文摘
基于数值分析方法与修正剑桥模型理论,针对土-斜桩-框架桩体系共同作用下基坑变形问题,运用有限元软件ABAQUS模拟斜桩竖向沉降、地下连续墙水平侧移、地表竖向沉降、框架桩水平侧移的受力变形情况。在基坑施工过程中,当斜桩布置较为密集时,上部框架桩结构易受斜桩近距离作用,甚至存在因操作不规范导致的局部搭接,产生较长时间内共同作用,引起较大桩侧变形甚至结构沉降。通过数值分析工具,对多工况参数如斜桩夹角、框架桩尺寸、框架桩与斜桩间距进行参数敏感性分析,获得了结构的力学响应特征及长期变形规律。
关键词
基坑支护
斜桩结构
桩土作用
修正剑桥模型
数值分析
Keywords
foundation pit support
inclined pile structure
pile-soil interaction
modified Cambridge model
numerical analysis
分类号
TU443 [建筑科学—岩土工程]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
复合冲击作用下PDC钻齿破岩过程连续-非连续数值模拟研究
秦承帅
孙洪斌
李利平
刘学
港
刘知辉
冯春
孙子正
《煤田地质与勘探》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
3
下载PDF
职称材料
2
基于斜桩支护的框架结构基坑变形分析
张福海
周玉石
刘学
港
秦承帅
孙子正
张一鸣
《山东大学学报（工学版）》
CAS
CSCD
北大核心
2022
2
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