文档介绍：第 49 卷第 2 期煤田地质与勘探 Vol. 49
2021 年 4 月 COAL GEOLOGY & EXPLORATION Apr. 2021
彭旭，郝世俊. 全尺寸 PDC 钻头复合冲击破岩机理的有限元分析[J]. 煤田地质与勘探，2021，49(2)：240–246. doi:
.1001-
PENG Xu，HAO Shijun. Rock breaking mechanism of composite impact of full-size PDC bit based on finite element
analysis[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(2)：240–246. doi: .1001-
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全尺寸 PDC 钻头复合冲击破岩机理的有限元分析
彭旭 1,2，郝世俊 1,2
(1. 煤炭科学研究总院，北京 100013；2. 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710077)
摘要: 针对坚硬地层破岩效率低、钻具粘滑振动造成钻头寿命降低等问题，通过 ANSYS 有限元分
析软件对全尺寸钻头复合冲击破岩机理进行研究。分析了冲击频率、钻压和转速对钻头破岩效率
的影响，通过分析发现钻头破岩过程中，岩石内部既存在拉应力，也存在压应力，岩石破坏表现
形式为“拉伸+压剪”的综合作用破坏。研究得出在扭转冲击频率为 25 Hz 条件下，此时轴向冲击的
最佳频率为 13 Hz，在这 2 种冲击频率的配合下机械钻速最快；钻压对机械钻速影响较大，两者呈
线性正相关关系，并回归出有无冲击载荷条件下钻头机械钻速与钻压的变化关系式；转速对机械
钻速的影响较小，两者呈微增趋势，分析认为是坚硬岩层使 PDC 钻头变切削为研磨状态导致机械
钻速变化不大；复合冲