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牙輪鉆頭在井底破碎巖石過程中受頂部鉆壓、自身動載荷以及井底接觸巖石的隨機沖擊碰撞作用,存在牙齒與巖石交替壓入、刮切和滾動的運動狀態(tài),受力情況相當復雜?；趲r石彈塑性本構(gòu)關(guān)系和等效塑性應變的巖石破壞準則,考慮井底圍壓以及鉆頭與巖石互作用隨機接觸碰撞,采用有限單元法建立了牙輪鉆頭與井底巖石互作用下系統(tǒng)非線性動力學模型。探討了牙輪鉆頭在破碎井底巖石過程中的運動規(guī)律及力學性能,對巖石破碎坑的形成過程進行了仿真,為有效預測和控制井眼軌跡的形成,實態(tài)工況下整體鉆柱系統(tǒng)耦合非線性動力學研究提供了理論依據(jù)。
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討論了一種新型單牙輪鉆頭——異形牙輪單牙輪鉆頭。在鉆頭幾何學和運動學的基礎上,通過坐標變換方法實現(xiàn)了鉆頭上各牙齒的空間位置變換,建立了隨鉆運動的單牙輪鉆頭的計算機仿真模型。仿真模型可模擬鉆頭鉆進過程中牙輪上各牙齒的形狀、大小、鉆頭上各牙齒的布置及鉆頭鉆進過程中各牙齒間的相互位置關(guān)系,是鉆頭與巖石相互作用仿真研究的核心問題,也是分析研究單牙輪鉆頭工作行為的基礎。
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