基于短螺旋钻具旋挖钻机硬岩钻进的动力学研究

摘要

旋挖钻机是一种高效深孔灌注桩施工设备,配备的短螺旋钻具主要适用于硬岩钻进,其短螺旋钻具的选配和使用是影响施工效率的关键因素。因此,基于短螺旋钻具旋挖钻机硬岩钻进的动力学研究具有重要理论意义和实际价值。
　　本论文根据岩石的物理力学特性,结合短螺旋钻具单齿切削岩石的破岩机理,研究了旋挖钻机使用短螺旋钻具钻进硬岩过程,建立了短螺旋钻具随机载荷的数学模型和单齿切削岩石的有限元模型;基于MATLAB软件针对不同的岩石接触强度和钻具切削深度,求解出短螺旋钻具在几种典型工况下的扭矩和轴向力的变化曲线,反映出短螺旋钻具硬岩钻进过程中的受力情况,预测出短螺旋钻具在硬岩钻进时承受的载荷情况,合理选择短螺旋钻具结构参数和旋挖钻机输出工作参数,以提高旋挖钻机硬岩钻进的施工效率;基于ANSYS软件对单齿切削岩石的过程进行了有限元动力学仿真模拟,实现岩石失效单元的剥离,研究短螺旋钻具在不同切削速度和不同切削厚度条件下截齿受力情况以及岩石相应的应力、应变情况,用于指导旋挖钻机硬岩钻进参数的合理选择与控制,为短螺旋钻具硬岩钻进旋挖钻机的设计与施工提供了理论依据。

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第一章 绪论

1.1 论文选题背景及研究意义

1.2 旋挖钻机针对硬岩施工的研究现状

1.3 论文主要研究内容

第二章 旋挖钻机硬岩钻进过程研究

2.1 岩石及岩石损伤理论

2.2 旋挖钻机硬岩钻进工艺研究

2.3 旋挖钻机使用短螺旋钻具钻进硬岩过程

2.4 本章小结

第三章 短螺旋钻具钻进硬岩过程动力学模型的建立

3.1岩石本构模型的建立

3.2 短螺旋钻具单截齿动力学模型的建立

3.3 短螺旋钻具总成动力学模型的建立

3.3 本章小结

第四章 短螺旋钻具钻进硬岩过程的仿真研究

4.1 基于MATLAB短螺旋钻具硬岩钻进载荷数值求解及分析

4.2 短螺旋钻具钻齿切削岩石有限元模型的建立

4.3短螺旋钻具硬岩钻进过程有限元仿真

4.4 本章小结

结论与展望

攻读学位期间取得的研究成果

参考文献

致谢