煤矿用PDC钻头耦合仿生设计及提速增效破岩机理研究

目录

声明

1 绪 论

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 PDC钻头技术的研究现状

1.2.2 PDC钻头破岩机理的研究现状

1.2.3 PDC钻头数值模拟仿真技术的研究现状

1.2.4耦合仿生理论在钻头设计上的应用现状

1.3研究内容

（4）仿生PDC钻头提速增效的破岩机理研究

（5）仿生PDC钻头试制与试验

1.4研究方法和技术路线

2 煤矿井下常用PDC钻头主要类型及缺陷分析

2.1 煤矿井下常用PDC钻头类型和特点

2.2 煤矿井下常用PDC切削齿类型和特点

2.3 煤矿用PDC钻头常见失效类型与成因分析

2.4内凹型PDC钻头结构缺陷分析与改进措施

2.5煤矿用PDC钻头技术的发展趋势

2.6 本章小结

3 仿生PDC切削齿的优化设计与仿真分析

3.1 PDC切削齿的仿生原理

3.2 仿生PDC切削齿的优化设计仿真分析

3.2.1建立仿真模型

3.2.2表面凹槽形状优选仿真分析

3.2.3表面凹槽数量优选仿真分析

3.3仿生PDC切削齿的整体结构设计

3.3.1聚晶金刚石层表面形态设计

3.3.2 硬质合金衬垫的结构设计

3.4 本章小节

4 PDC钻头耦合仿生设计与结构优化仿真分析

4.1 PDC钻头耦合仿生原理

4.1.1耦合仿生概念

4.1.2仿生对象及耦元分析

4.2仿生PDC钻头结构设计要素分析

4.2.1 冠部形状设计要素分析

4.2.2 布齿参数设计要素分析

4.3冠部形状参数优化仿真分析

4.3.1建立仿真模型

4.3.2切削齿的载荷分析

4.3.3钻头整体载荷分析

4.3.4仿真结果分析

4.4切削齿布齿参数优化仿真分析

4.4.1建立仿真模型

4.4.2切削齿的受力分析

4.5 仿生弧角型PDC钻头的结构设计

4.5.1钢体式仿生弧角型PDC钻头的结构设计

4.5.2胎体式仿生弧角型PDC钻头的结构设计

4.6 本章小结

5 仿生PDC钻头的提速增效破岩机理研究

5.1 仿生PDC切削齿的提速增效机理分析

5.1.1 PDC切削齿与岩石相互作用关系

5.1.2 被钻岩石应力分析

5.1.3被钻岩石弹塑性区界限数学表达

5.1.4 入岩自由面对切削齿破岩效率的影响分析

5.2仿生PDC切削齿的破岩过程仿真分析

5.2.1建立仿真模型

5.2.2切削齿切入岩石瞬间受力分析

5.3 仿生PDC钻头的提速增效机理分析

5.3.1PDC钻头钻进过程受力分析

5.3.2孔底造型对钻头破岩效率的影响分析

5.4仿生PDC钻头的破岩过程仿真分析

5.4.1建立仿真模型

5.4.2边界条件及载荷施加

5.4.3破岩效率分析

5.5本章小结

6 仿生PDC切削齿和仿生PDC钻头的试制与试验

6.1仿生PDC切削齿的试制

6.1.1 压模成型法

6.1.2 线切割成型法

6.2仿生PDC切削齿实钻性能测试分析

6.2.1 测试方法和测试设备

6.2.2 测试过程

6.2.3 测试结果分析

6.3仿生PDC钻头的试制

6.3.1Φ94mm钢体式仿生弧角型PDC钻头的试制

6.3.2Φ113mm胎体式仿生弧角型PDC钻头的试制

6.4仿生PDC钻头的现场试验

6.4.1Φ94mm钢体式仿生弧角型PDC钻头的现场试验

6.4.2Φ113mm胎体式仿生弧角型PDC钻头的现场试验

6.5本章小结

7 总结与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

致谢

参考文献

附录

Ⅰ 个人简介

Ⅱ 攻读博士学位期间发表的学术论文

Ⅲ 攻读博士期间的获奖情况

Ⅳ 攻读博士期间参与的科研项目