特型钻地弹排屑的数值模拟及实验研究
含油钻屑热解析及焚烧处理技术研究_郑婷婷
剂、废药剂、废润滑油、污泥、废盐、报废设备等。
化工固废有量大、种类多、有毒物质多、化学性质复杂、可资源化物资多等特点。
这些固废如不妥善处理，就会影响身体健康，污染土壤、水体、大气环境，浪费和占用资源，破坏生产生活安全。
因此，需要妥善处置实现固废的无害化、资源化和减量化。
对这些固废传统的处置方法有焚烧、填埋、堆肥和固化处理。
如果用适当的处理技术从中回收有用的物质和能源将会使得固废处理更加资源化[4]。
在固废的资源化方面主要有：第一，物质回收，是指从废物中回收有利用价值的物质，如粉煤灰用于建筑材料的生产原料、废催化剂的再生等；第二，物质转换，主要是利用无用的废弃物转化为可以使用的新形态的物质，如有机废弃物的再生产和生物降解；第三，能量转换，主要是回收废弃物所含的热值用于生产电能或热能，如垃圾发电等。
2.4 化工三废处理技术展望发展先进的科学技术手段对三废进行处理是非常有前景的行业。
比如生物降解法，利用微生物的生命活动有效降解处理三废; 又如通过推广CO2气体肥料, 不仅解决了温室气体的排放，为企业创造了效益，还减少了化肥的使用以及农作物的增产。
当然控制化工三废的最根本有效的途经是采用新工艺、新技术、开发新能源和新产品，创新管理模式提高生产效率、减少单位产品三废排放量、提高三废的综合利用率、减少对矿物能源的依赖，最终实现节能减排和绿色化学。
绿色化学是指在化学品的设计、制造和使用时采用的一系列新原理，以便减少或消除有害物质的使用和产生[5]。
目前绿色化学的发展主要有以下几个方向：第一，通过研发高效、高选择性的催化剂改善生产条件、提高产品转化率；第二，开发符合绿色、环保的新原料、新产品和新反应，努力做到用无毒无害原料在无毒无害的条件下生产出无毒无害的绿色产品；第三，开发利用新能源和研发节能工艺、设备；第四，推广再生材料、可降解材料的利用和三废的资源化利用；第五，推进环境友好型替代品的发展。
3 结语综上所述，三废污染的防治与每个人的生存健康息息相关，化学工业三废治理的问题不容忽视。
保护层开采爆破技术数值模拟研究与应用
ｂｌａｓｔ ｈｏｌｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ. Ａｆｔｅｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬ ｓｃｏｐｅ ｏｆ ａｃｔｉｏｎꎬ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ
ａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｖｅꎬ ｔｈｅ ｆｏａｍ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｌｏｏｓｅ ｓａｎｄ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｕｓｈｉｏｎ
柔性垫层是在炮孔底部填充空气、泡沫、竹片、
松砂等柔性材料ꎮ 一方面ꎬ通过材料的缓冲吸能作
Ｔ＝
用ꎬ降低孔底的爆炸峰值压力ꎬ达到保护基岩的目
的ꎻ另一方面ꎬ由于柔性材料的波阻抗小于岩石ꎬ当
爆炸产生的应力波在柔性垫层和岩石之间传播时ꎬ
因两者的波阻抗差异较大ꎬ应力波在两者接触面发
ρ２ ｃ ｐ ２ － ρ１ ｃ ｐ １
ｄｏｎｇ Ｔａｉｐｉｎｇｌｉｎｇ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｅｌｌ ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ.
[ ＫＥＹＷＯＲＤＳ] ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ ｂｌａｓｔｉｎｇꎻ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈｅｉｇｈｔꎻ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｕｓｈｉｏｎ
[ ＡＢＳＴＲＡＣＴ] Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒꎬ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ
ｔｈｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｃｏｓｔꎬ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｃｕｓｈｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｗａｖｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ
基于Deform3D加工中心钻削加工仿真研究
削 力 大 小 、 削 温度 的 分 布情 况 ， 切 该仿 真 结 果 对 钻 削 ． 艺效 果 的预 测和 优 化 具 有 现 实 的指 导 意 义 。 ｙ －
关键 词 ： ｅ ｒ Ｄ 高速 钻 削 Ｄ ｆ ｍ３ ｏ
中 图分 类 号 ：Ｇ ２ Ｔ ３ Ｔ ５ ；Ｐ １
文 献 标 识码 ： Ａ
成 形 、 处 理 工 艺 ， 加 工 过 程 中 因 工 件 材 料 、 具 材 热 对 刀 料 、 具 角 度 、 削 速 度 不 同 引 起 的 被 加 工 工 件 的 剪 切 刀 切
设 定 工 作 环 境 和 接 触 面 属 性 ， 定 环 境 温 度 ２ ℃ ， 件 设 Ｏ 工 接 触 属 性 ： 擦 因 数 ０ ５ 导 热 系 数 ４ ／（ ・Ｋ）３。 摩 ．和 ５Ｗ ｍ ［ １ （ 工 件 的 设 定 ： 件 属 性 为 塑 性 ， 能 够 满 足 模 ２） 工 在 拟 条 件 下 ， 量 选 择 较 小 模 型 。 择 ４ 钢 作 为 工 件 的 材 尽 选 ５
料Hale Waihona Puke 变形 、 削温 度 、 应力 等 因 素进行 分 析 ， 正确 选择 切 内 是
刀具材 料 、 具 角度 和 切 削用 量 以及进 行 材料 加 工性 刀 分 析 的依 据 。
（ ） 拟 条 件 设 定 ： 共 运 算 步 数 １５ ０ ， 储 增 ３模 总 ｏ 步 存 量 为每２ 步存 一次 。 ５ （） 成 数据 库并完 成模 拟运算 。 ４生
文 章 编号 ：０ ０— ９ ８２ １ ）５— ０ ８— ２ １０ ４ ９ （０ ０ ０ ０ １ ０
钻 削 加 工 是 机 械 制 造 行 业 中 应 用 较 广 泛 的金 属 切
某底排弹底排装置工作期间内部流场的数值模拟
２７ １
文 章 编 号 ： ０ ６ ９ ４ （ ０ ０ ０ — ２ —５ １ ０ —９ １ ２ １ ） ２０ １ ０ ７
某 底排 弹底 排 装 置工 作期 间 内部 流 场 的数值 模 拟
张领科， 周彦煌， 欣， 陆 陆春义
（ 京理 工 大 学 动 力 工程 学 院 ，江 苏 南 京 ２ ０ ９ ） 南 １ ０ ４
摘
ห้องสมุดไป่ตู้
要 ： 于 均 相 流 理 论 和 固体 火 箭 发 动 机 原 理 建 立 了 底 排 装 置 一 维 非 定 常 内 弹 道 模 型 。采 用 底 排 内 弹 道 和 修 正 质 点 外 弹 道 耦 基
建 立底排 装置 内部 流场 一 维 非 定 常计 算 模 型 ， 合修 结 正 质点外 弹道模 型 和靶场底 排 弹底排 装置 不工作 时 的 实验 数据 拟合 出阻力 系 数 ， 将 内外 弹道 方 程进 行 联 并
律， 且考 虑 弹丸旋 转 效 应 的燃 速 修 正 ；（ ）认 为底 排 ４ 装 置 内底 排燃 气通 道 内的流动 为一维 变截 面非定 常流 动 ， 有 流动 参 数 均 是 轴 向 坐标 Ｘ和 时 间 ｔ 函 数 ； 所 的 （ ）忽 略流 动 中的粘 性 因 素及 热 散失 的影 响 、 火 具 ５ 点 对 附近流 场 的影 响 、 积力 的影 响 ；（ ）底 排 药 柱 相 体 ６ 变产生 的质 量 与能 量 ， 为 源项 处 理 ；（ ）药 柱 表 面 作 ７
技 术 的研 究 。ｅｍａｌ ｎ ｓ ｌ＠１ ６ ｃ ｍ － ｉ： ｕｔ ｋ ２ ．ｏ ｚ
以及燃 气通 道 面。参 阅文 献 ［ ６］ 立 了包 括 连 续 ５— 建
页岩储层压裂物理模拟技术进展及发展趋势
第 51 卷 第 5 期石 油 钻 探 技 术Vol. 51 No.5 2023 年 9 月PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES Sep., 2023doi:10.11911/syztjs.2023096引用格式：侯冰，张其星，陈勉. 页岩储层压裂物理模拟技术进展及发展趋势[J]. 石油钻探技术，2023, 51（5）：66-77.HOU Bing, ZHANG Qixing, CHEN Mian. Status and tendency of physical simulation technology for hydraulic fracturing of shale reservoirs [J].Petroleum Drilling Techniques，2023, 51(5)：66-77.页岩储层压裂物理模拟技术进展及发展趋势侯 冰1， 张其星2,3， 陈 勉2,3（1. 中国石油大学（北京）克拉玛依校区石油学院，新疆克拉玛依 834000；2. 油气资源与工程全国重点实验室（中国石油大学（北京））, 北京102249；3. 石油工程教育部重点实验室（中国石油大学（北京））, 北京 102249）摘 要: 传统压裂物理模拟难以仿真深部储层高温高压、复杂地应力和工况环境，在模拟分段细分射孔工艺和实时监测裂缝扩展路径等方面存在一定挑战。
系统调研了真三轴压裂物理模拟试验的试样制备、压裂井型和射孔组合、装置原理、相似准则和裂缝监测方式等，探究变排量、交替注液作用模式，穿层压裂缝高延伸机制，缝群压裂竞争扩展和暂堵转向模式；研究厘清了变排量和交替注液在提升缝网改造规模上的差异性，归纳了层状页岩储层水力裂缝缝高穿层主控因素排序，揭示了密切割多段多簇施工模式下裂缝群竞争扩展下的非平面、非对称和非均衡等扩展特征，总结了暂堵后裂缝转向扩展形态，指出“井工厂”立体压裂物理模拟、智能化和数字化为未来研究趋势。
深部矿井岩层地热能协同开采治理热害数值模拟
第52卷第3期2021年3月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.3Mar.2021深部矿井岩层地热能协同开采治理热害数值模拟李孜军1，徐宇1，贾敏涛1,2，刘华森1，潘伟1，邓义芳1(1.中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙，410083；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司，安徽马鞍山，243000)摘要：提出矿井岩层地热开采方法，并通过建立矿井岩层地热能协同开采多物理场耦合模型分析岩层地热开采的采热性能以及地热开采对井巷的降温效果。
研究结果表明：尽管矿井长时间通风可以使巷道内温度降低，但降温缓慢，降温幅度有限；采矿层下方的岩层注水采热后，巷道围岩温度快速降低，巷道内风流温度显著下降；冷质注入岩层降低巷道进风端温度后，巷道后端温度也明显降低；在采热初期，热生产通道靠近注入井侧的采热量最大，但随着生产时间延长，其采热温度均逐渐下降；经计算，单个采热通道10a 内共可获得1.68×1015J 的热量。
关键词：热害治理；矿井地热；协同开采；数值模拟中图分类号：TD727文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）03-0671-10Numerical simulation on heat hazard control by collaborativegeothermal exploitation in deep mineLI Zijun 1,XU Yu 1,JIA Mintao 1,2,LIU Huashen 1,PAN Wei 1,DENG Yifang 1(1.School of Resources and Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;2.Sinosteel Maanshan General Institute of Mining Research Co.Ltd.,Maanshan 243000,China)Abstract:The method for collaborative geothermal exploitation was proposed,and a fully coupled model was developed to analyze the geothermal exploitation process and performance of heat hazard control.The results show that a large amount of ventilation in the mine can reduce the temperature in the roadway,but the temperature decreases slowly and slightly.The temperature of surrounding rock and airflow in the roadway decreases rapidly and obviously after the heat production by continuous injection and production in the strata below the mining layer.When the temperature at the head of the tunnel is decreased by the cold mass injection rock,the temperature at the back of the tunnel is also significantly reduced.In the early stage of heat recovery,the heat productionDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.03.002收稿日期：2020−06−12；修回日期：2020−07−22基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2018YFC0808404)；中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2020zzts197)(Project(2018YFC0808404)supported by the National Key Research &Development Program of China;Project (2020zzts197)supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities of Central South University)通信作者：徐宇，博士研究生，从事矿井热害治理与热能开采、火灾防治等研究；E-mail ：******************引用格式：李孜军,徐宇,贾敏涛,等.深部矿井岩层地热能协同开采治理热害数值模拟[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(3):671−680.Citation:LI Zijun,XU Yu,JIA Mintao,et al.Numerical simulation on heat hazard control by collaborative geothermal exploitation in deep mine[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(3):671−680.第52卷中南大学学报(自然科学版)channel near the injection well side has the largest thermal extraction efficiency.With the increase of the heat recovery time,the heat production temperature of production fluid of the system reduces.The heat recovery of one heat production channel is1.68×1015J within10years.Key words:thermal hazard control;mineral geothermal;collaborative production;numerical simulation随着我国矿井开采逐渐向深部转移，矿井高温热害已成为严重制约深部资源安全高效开采的重要因素。
钻屑法预测冲击地压的数值模拟研究
与左侧边 界距离／ ｍ 图 ３位 移总 量分 布 图
３ ． １ ２ ． ９
地质 灾害与 防治 学报 ，２ ０ １ ４ ，２ ５（ ０ ３ ）：
７ ４ －７ ８．
【 ２ 】 陈峰 ． 基 于数 值 模 拟 的 采 动 影 响 下覆 岩 裂 隙演化 过程 分析 Ⅱ Ｊ ． 中国地 质 灾害 与 防治 学报 ， ２ ０ １ ４ ，２ ５（ ０ ３ ）：６ ０ － ６ ４ ．
】 】 ６ 一】 １ ９
图 ４钻屑 量分 布 图
中国新技术新产品 一１ ５一
墨
【 ３ 】 陈峰 ， 潘一 山， 李忠华， 等 ． 利用 钻 屑 法 对 卸 压钻 孔 措 施 效 果 的 分析 评 价
１ ． ７ Βιβλιοθήκη １ ． ５ 卟 岩 土 工 程 学 报 ，２ ０ １ ３ ，３ ５（增 ）：
２ ６ ６－２ ７ ０．
２
３
与 左侧 边界距离／ ｍ
［ ４ 】 陈峰 ， 潘一 山， 李忠华， 等 ． 基 于 钻 屑 法 的冲 击地 压危 险性检 测研 究 Ⅱ 】 ． 中 国地 质 灾害 与防 治学报 ， ２ ０ １ ３ ， ２ ４ （ ０ ２ ） ：
高 新 技 术
Ｎ ｅ Ｗ Ｔ ２ ０ １ ４ Ｎ Ｏ ． １ １ （ 下
ｇ＼ 薯＝ ０ ∞ ０ Ｏ ｍ 叭 Ｏ ０
图 ２支承压 力 分布 图 结 语
以耿村 煤 矿 的水文 地质 条 件为 背景 ， 采用真实破裂过程分析软件 （ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ） 模 拟 了打 钻 屑 孔过 程 中应 力 和 位 移 变化 趋 势 ，模拟 结果 表 明 ，在距 左侧 边界 ６ ～ ７ 米 范 围 内 出现 应 力 最大 值 、位 移 总量 最
底部钻具组合动力学模型及涡动特性仿真
Ｄ ｉ． ｎ ， Ｎ ｎｃ ａｇ一 Ｙ Ｏ Ｙ ｎ —ａ ， Ｈ ｉ ｉｇ一 Ｙ Ｏ Ｊ ｎ１ ， Ｕ Ｙ —ａ Ｉ ｎｆ ｇ ＷＡ Ｇ Ｗｅ —ｈｎ ， Ａ ｏ ｇｈ ｎ Ｚ Ｕ ｗｅ— ｎ ， Ａ ｉ ．ｎ Ｑ ｅ ｐ ａ ｉ Ｈ ｉ ｏ’ ｂ
破碎松软地层取心钻头孔底流场数值模拟及应用
摘
要： 复杂地层 取心和孔壁稳定一直是 困扰 地质 钻探 界的 ２大技术 难题 。以汶川 地震 科钻为例 ， ５个钻孔都在 断
裂带上 ， 地层 极破碎 、 松软 。针对部分 孑 Ｌ 段取心率低 问题 ， 设 计一种新 型 阶梯式 隔水底 喷取 心钻头 ， 利用 Ｃ Ｆ Ｄ技 术
对钻头孔底流场进行数值分析 ， 优化钻头排水槽结 构 、 泥浆性 能和水力参 数 ， 寻找一 种最佳组 合 ， 为提 高岩心采取
ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍｅ ｌ ｙ ｂ ｒ ｏ ｋ ｅ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｔ ．Ａ ｎ ｅ ｗ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｓ ｔ ｅ ｐ ｐ ｅ ｄ ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｍ ｊ ｅ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｔ ｉ — ｅ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｒ ｅ ｂ ｉ ｔ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ， ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ｌ ａ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗ ａ ｓ
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｉ ｔ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂ ｏ ｔ ｔ ｏ ｍ Ｆ ｌ ｏ ｗ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ ｏ ｆ Ｃｏ ｒ ｅ Ｂｉ ｔ ｉ ｎ Ｂｒ ｏ ｋ ｅ ｎ Ｓ ｏ ｆ ｔ Ｆ ｏ ｒ ｍａ ｉ ｔ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ／ＷＵ ｉｎ ｆ —
率、 预 防堵 心 ， 提高孔壁 的稳定性 奠定 基础 。 关键词 ： 破碎松 软地层 ； 防冲蚀取心 钻头 ； 金刚石钻 头 ； 流场 ； 数值模拟 ； 结构优化 中图分类号 ： Ｐ ６ ３ ４ ． ４ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２— ７ ４ ２ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７— ０ １ ０ ７— ０ ４
ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ ，Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｌ ｉ — ｙ ｉ ， Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｗｅ ｉ （ １ ． Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ Ｓ ｉ ｅ ｈ ｕ ａ ｎ ６ １ ０ ０ ５ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ
大位移井岩屑清洁工具仿真分析
石油矿场机械 犗犐犔 犉犐犈犔犇 犈犙犝犐犘犕犈犖犜
２０１９，４８（３）：７３７７
文 章 编 号 ：１００１３４８２（２０１９）０３００７３０５
大位移井岩屑清洁工具仿真分析
吴 百 川 ，余 文 涛 ，钟 震
（油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏技术研究室，长江大学（武汉校区）石油工程学院，武汉 ４３０１００）
收 稿 日 期 ：２０１８１２０４ 作者简介：吴百川（１９９３），男，河北唐 山 人，硕 士 研 究 生，现 主 要 从 事 井 下 钻 具 及 工 程 力 学 研 究，Ｅｍａｌｌ：６５２３５９１８５＠ｑｑ．
ｃｏｍ。
· ７４ ·
石 油 矿 场 机 械 ２０１９年５月
摘要：在进行大位移井钻井时，岩屑不易清除，出现卡 钻、机 械 钻 速 低 等 问 题。针 对 大 斜 度、大 位 移 井的特点，应用有限元软件对钻杆周围岩屑床的流动特性和力学性能进 行模 拟，并对比“Ｖ”型和螺 旋 型 岩 屑 床 清 洁 工 具 性 能 。 结 果 表 明 ：螺 旋 型 工 具 的 岩 屑 清 理 效 能 比 “Ｖ”型 工 具 降 低 了 １４％ ，而 岩 屑 最 大 环 空 返 速 提 高 了 １１．９％ ；两 种 清 洁 工 具 在 受 到 相 同 外 力 下 ，“Ｖ”型 工 具 的 安 全 系 数 为 螺 旋 型 工 具 的 １．２８～１．６４ 倍 。 此 模 拟 研 究 为 工 具 选 型 和 研 制 提 供 参 考 。 关 键 词 ：定 向 井 ；井 眼 净 化 ；工 具 ；分 析 中 图 分 类 号 ：ＴＥ９２１．２０２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４８２．２０１９．０３．０１５
45号钢高速加工中切屑成形的数值模拟研究
45号钢高速加工中切屑成形的数值模拟研究【摘要】通过建立的正交切削有限元模型，采用Cockroft-Latham切屑断裂标准作为工件材料失效准则对45号钢高速加工过程进行了数值模拟，得到了崩碎状切屑的形成过程。
并对切削过程中获得的切削力曲线及切削温度场分布进行了分析。
加工过程中由于崩碎状切屑的不断产生导致切削力及切削温度产生较大的波动。
数值模拟结果为进一步研究45号钢高速加工切削机理及切削参数优化、刀具几何尺寸的设计提供了基础。
【关键词】45号钢;高速切削；崩碎状切屑；数值模拟在高速切削加工过程中，由于切削速度的增加，切削现象有了很大变化。
最显著的特征是很多金属的切屑形状发生改变。
在低速切削时，大多数金属的切屑形态主要是连续状，但是在高速切削时，许多金属切屑成形机理会发生变化，切屑形状以锯齿状、崩碎状为主。
因此研究工件材料切屑成形过程对于研究金属高速切削加工机理有重要的意义。
随着计算机技术的飞速发展，数值模拟方法大量应用于切削加工机理研究。
对于切屑成形的数值模拟研究，国内外学者已经做了大量有意义的研究工作。
Shi[1]采用了有限元方法模拟了材料连续状切屑形成。
Obikawa[2]基于应变的破裂准则模拟了锯齿状切屑成形，Ceretti[3]基于能量破裂准则模拟了锯齿状切屑成形，Baker[4]基于绝热剪切理论利用纯变形方法模拟了钛合金Ti6Al4V锯齿状切屑成形。
成群林[5]采用有限元方法模拟了ansi 4340 不连续状切屑成形过程。
本文以45号钢的高速切削过程为研究对象，以崩碎状切屑成形过程为研究目标，通过建立正交切削有限元模型对45号钢的高速切削过程进行了数值模拟及对其切削机理进行了深入的研究。
1 切削加工有限元模型45号钢高速正交切削加工的有限元模型如图1所示。
因为在高速切削过程中工件材料会发生严重变形，所以必需对工件待切削层网格进行细化，同时为了减少有限元计算时间，工件底部网格则进行适当的粗化。
连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟
连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟1. 研究背景和意义- 水平井在现代石油勘探中具有重要意义- 岩屑运移对钻井效率和井壁稳定性具有重要影响- 数值模拟可以有效地研究岩屑运移规律2. 数值模拟方法- 针对连续油管钻水平井的特点，选择合适的数值模拟方法- 介绍模拟软件和模型参数的选择- 确定模拟过程中需考虑的物理因素，如重力、流体粘度、地层岩石性质等3. 模拟结果分析- 通过模拟，研究不同岩屑形态、粒径和岩石性质对岩屑运移规律的影响- 分析岩屑在不同流速和压力条件下的运动轨迹和速度分布- 探究岩屑聚集和积累的机理4. 模拟结果验证- 将模拟结果与实验数据进行对比，验证模拟结果的准确性和可靠性- 分析模拟结果与实际钻井操作的差异和原因- 针对模拟结果与实际情况的差异，提出改进措施和优化建议5. 结论与展望- 总结研究结果，展示模拟方法对岩屑运移规律研究的重要性- 提出未来研究方向和可行性建议- 探讨模拟方法在工程实践中的应用前景和潜力。
第一章：研究背景和意义在石油勘探中，水平井是一种重要的技术手段，可以有效地提高勘探效率，增加油气产量。
钻水平井过程中，岩屑运移问题是一个重要的研究课题。
岩屑运移规律影响着钻井过程中的钻机效率、钻头寿命和井壁稳定性等因素，因此对于岩屑运移规律进行深入研究，可以为钻井工程提供重要科学依据。
目前，研究岩屑运移规律主要依赖实验和数值模拟两种方法，但实验方法受条件限制较大，且不易获得足够的数据，难以全面解决问题。
而数值模拟可以对整个钻井过程进行模拟，通过建立模型、选择 software、分析结果等方法解决问题，得出钻井过程中岩屑运移规律的结论，有效地规避了实验方法存在的不足点，使研究结果具更高的可靠性。
因此，本论文将从数值模拟的角度出发，开展连续油管钻水平井岩屑运移规律数值模拟的研究。
第二章：数值模拟方法2.1 连续油管钻水平井连续油管钻井是一种通过连续钻杆连接钻头和钻机的钻井技术。
大位移井岩屑清洁工具仿真分析
大位移井岩屑清洁工具仿真分析吴百川;余文涛;钟震【摘要】在进行大位移井钻井时,岩屑不易清除,出现卡钻、机械钻速低等问题.针对大斜度、大位移井的特点,应用有限元软件对钻杆周围岩屑床的流动特性和力学性能进行模拟,并对比“V”型和螺旋型岩屑床清洁工具性能.结果表明:螺旋型工具的岩屑清理效能比“V”型工具降低了14％,而岩屑最大环空返速提高了11.9％;两种清洁工具在受到相同外力下,“V”型工具的安全系数为螺旋型工具的1.28～1.64倍.此模拟研究为工具选型和研制提供参考.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2019(048)003【总页数】5页(P73-77)【关键词】定向井;井眼净化;工具;分析【作者】吴百川;余文涛;钟震【作者单位】油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏技术研究室,长江大学(武汉校区)石油工程学院,武汉430100;油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏技术研究室,长江大学(武汉校区)石油工程学院,武汉430100;油气钻井技术国家工程实验室防漏堵漏技术研究室,长江大学(武汉校区)石油工程学院,武汉430100【正文语种】中文【中图分类】TE921.202在定向井钻井作业中，岩屑易在大斜度井段堆积，形成岩屑床，导致机械钻速低，井下卡钻事故频繁发生，严重影响钻井安全与工作效率。
一般认为，影响岩屑床堆积的因素包括环空流速、钻井液流变性、井斜角[1]，单纯依靠某一因素解决岩屑床问题，在现场应用中存在一定局限性。
本文在对现有岩屑床清洁工具分析的基础上，将不同形状岩屑清理工具的井眼清洗能力进行对比。
所得结论可为岩石清理工具的研制和应用提供理论支持。
1 岩屑清洁工具在冀东油区的应用简介冀东油田受海滩区域影响，油藏勘探开发以大斜度井及大位移井为主。
为解决岩屑床在大斜度井钻井施工中引起的摩阻增大、蹩泵、卡钻等井下事故，设计并应用了“V”型岩屑清理工具和螺旋型岩屑清理工具，破坏岩屑床，并提高岩屑的环空返速[2]。
卵漂石地层盾构施工地层滞后变形颗粒流数值模拟
0 引言为缓解城市日益紧张的交通问题，许多城市开始修建城市轨道交通系统。
据统计，截至2014年末，我国已有22个城市建成并运营轨道交通路线101条，运营里程达3 173 km[1]。
盾构法施工以其施工安全性高、对地表影响程度较小、能较好控制地表沉降的独特优势，被广泛应用于城市轨道交通建设。
冯超[2]以黄土地区某城市地铁2号线区间隧道盾构施工工程为依托，通过理论分析、FLAC3D数值模拟和现场实测相结合的方法，研究了盾构施工修建地铁隧道时的地表沉降规律。
研究表明，随着黄土黏聚力、内摩擦角的提高，城墙基础沉降及地表沉降均有所减缓。
吕培林等[3]基于软土地区地铁隧道地表沉降观测数据，分析了沉降发展的时间历程、施工各阶段沉降量所占比例和地面沉降槽的特征。
研究表明，后续沉降量在总沉降量中所占比例相当大，其沉降达到稳定需要的时间远比通常情况要长，最终沉降量的大小几乎完全由后续沉降决定。
滕丽等[4]以成都砂卵石地层中地铁1号线的土压平衡盾构掘进施工为研究背景，采用PFC2D二维颗粒流程序和Plaxis3D有限元软件对盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征进行了细宏观数值模拟，获得了土压盾构穿越砂卵石地层的失稳机制沉降规律。
蔡真[5]总结及探讨了成都地区砂卵石地层盾构法施工的特点，结合实测地表观测资料，整理出有代表性的数据，描述了盾构法施工中的地表沉降特征。
王振飞等[6]通过对北京富水砂卵石地层地下直径线地表沉降和深部土体水平位移的实测与分析，得出富水砂卵石地层泥水盾构隧道施工引起地层变形的基本规律。
诸多学者针对不同地层盾构施工引起地表变形规律进行了较为深入的研究，但是富水卵漂石地层盾构施工引起的地表沉降特征，以及从细观角度针对卵漂石地层滞后变形研究的文献很少。
在此从细观角度探明卵漂石地层滞后变形，以确保施工安全。
卵漂石地层盾构施工地层滞后变形颗粒流数值模拟王 成：中电建成都建设投资有限公司，高级工程师，四川 成都，610212林富志：中国水利水电第七工程局有限公司，工程师，四川 成都，611130李 宁：中电建成都建设投资有限公司，工程师，四川 成都，610212杨志先：中国水利水电第七工程局有限公司，高级工程师，四川 成都，611130摘 要：结合现场实测数据，分析卵漂石地层盾构施工地表变形规律。
TC4钛合金微孔加工钻削力的仿真与试验研究
WANG Kai-xuan1，DONG Zhi-guo1，YA Gang1，LIU Jian-cheng2
（1.Taiyuan University of Technology，Precision Machining of Shanxi Province Key Laboratory，Shanxi Taiyuan 030024，China； 2.School of Engineering and Computer Science，Stockton CA95211，Californi，USA）
主要建立一种能够预测微钻削过程中钻头所受的切削力的 模型。首先将钻头的主刃和横刃分别离散成一系列的斜角切削单 元和直角切削单元，研究钻头在钻削过程中的受力；其次，用 Deform 软件进行斜角切削与正交切削的仿真，得到每个切削单 元所受的力，在仿真过程中特别考虑刀刃钝圆半径的影响；然后 将每个切削单元的力叠加，得出整个钻头所受的力；最后，进行多 组工艺参数的仿真与试验，来验证该模型的正确性。
在传统钻削方面，研究人员已经采用了各种解析模型和数 字模型来分析预测扭矩和轴向力。文献[3]采用解析法，将钻头主切 削刃和横刃分别分解成一系列三维斜角切削单元和二维直角切 削单元，都采用等效平面法解出每个单元的所受的力，然后再经过
坐标变换求出整个钻头的轴向力和扭矩。文献[4]用 UG 建立钻头的 模型，导入 Deform 软件进行钻头轴向力和扭矩的仿真。文献[5]了 钻头主切削刃上每一个离散单元的切屑流角和切削力。文献[6]提 出了斜角切削力模型，用等效平面方法把不等分剪切区的直角切 削理论延伸并应用于斜角切削中，使用坐标变换方法分析了斜角 切削几何参数之间的关系。
水平井岩屑运移数值模拟研究
研究报告科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald27水平井钻井在油气田开发过程中应用广泛，可提高产能，降低成本。
井眼净化是水平井关键技术之一，由于井斜角为90 °，岩屑运移过程中容易形成岩屑床，造成井眼清洗困难，井眼净化不好可导致严重的钻井事故。
在水平井中，岩屑粒径大小之间影响钻井液携岩难度大小。
该文通过流场仿真揭示粒径大小对井眼清洗的影响。
1 水平井环空流场数值模型建立水平井环空流场模型，在重力作用下，钻柱存在偏心。
考虑到在钻井工程中，实际的钻柱结构较复杂，为了便于对环空进行数值计算。
针对其空间结构进行简化和假设：(1)忽略环空温度、井底产气产水对钻井液流动的影响；(2)钻井液在水平环空中的流动视为不可压缩流体的流动。
2 环空流场数值模拟该文主要模拟湍流中岩屑粒径对岩屑清除的作用。
一般管道流中雷诺数小于2100为层流状态，大于4000为紊流，2100～4000为过渡流状态。
该文选择选择RNG k-ε湍流模型进行水平井钻井液固两相流的数值研究[1]。
钻柱在井眼中不断旋转，边界面是不断变化的，所以将与钻柱一起旋转的流体部分和其他流体部分分别进行网格划分，利用M R F 模型进行数值划分，单元总数为3004200。
目前广泛采用的钻井液流变模式有幂律模式、宾汉模式、卡森模式以及带屈服值的幂律模式[2-3]。
钻井液流变模式的优选不仅对于准确计算流变参数至关重要，而且对于分析研究岩屑清除问题也具有重要作用[71,72]。
在环形空间的较低剪切速率范围内，幂律模式比宾汉模式更接近实际钻井液的流动特性。
因此，尽管宾汉模式一直是国内外钻井液工艺中最常用的流变模式，但目前认为，采用幂律模式能够比宾汉模式更好地表示钻井液在环空的流变性，并能更准确地预测环空压降和进行有关的水力参数计算。
模型基本参数如下：钻杆外径88.9 m m、井眼直径152.4 m m、模型长度18.526 m、环境压力29.3 MPa。
井眼清洁工具流场及岩屑运移数值模拟分析
井眼清洁工具流场及岩屑运移数值模拟分析吴欣袁;张恒;王建龙;杨文领;柳鹤【摘要】在大位移井、水平井钻井过程中,常有岩屑运移不畅,形成岩屑床的现象发生,导致摩阻增大、蹩钻等复杂问题,严重时甚至影响钻井安全.本文分析了一种短节式的井眼清洁工具,采用计算流体动力学对其偏心旋转工况下的流场进行模拟,通过特征截面流线图、速度云图等分析了工具对该井段的流场扰动作用机理;通过多相流计算,得出了岩屑颗粒运动情况.分析表明,工具对流场具有导流和搅拌的作用,加速岩屑颗粒运动;随着工具转速增大,工具对流场的扰动作用加大,岩屑颗粒离开模型的最终速度增大,因此颗粒滑落距离增加,有利于岩屑携带.在某油田1603井的现场试验显示,合理安放多个井眼清洁工具后振动筛返屑量明显增加,后两次收集岩屑体积分别是使用前的3.75倍和1.6倍.【期刊名称】《石油化工应用》【年(卷),期】2017(036)001【总页数】5页(P73-77)【关键词】井眼清洁;岩屑运移;大位移井;水平井;数值模拟【作者】吴欣袁;张恒;王建龙;杨文领;柳鹤【作者单位】渤海钻探工程技术研究院,天津大港300280;渤海钻探工程技术研究院,天津大港300280;渤海钻探工程技术研究院,天津大港300280;渤海钻探工程技术研究院,天津大港300280;渤海钻探工程技术研究院,天津大港300280【正文语种】中文【中图分类】TE927随着国内外油气田勘探开发的不断深入，大位移井、水平井应用越来越广泛。
井眼中岩屑运移不畅，不断沉积在环空的底边形成越来越厚的岩屑床，导致摩阻增大、蹩钻、卡钻等现象产生，严重时甚至影响钻井安全和钻进效率。
因此，提高井眼清洁效率，防止和清除岩屑床是亟待解决的问题。
目前主要有以下几种提高井眼清洁的方法：加大排量提高环空返速，增加钻杆转速，改善钻井液携岩性能，机械清除岩屑床等。
其中，加大排量受到现场泵功率的限制，而且返速过快会过度冲刷井壁；增加钻杆转速在一定程度上可以提高井眼清洁效率，但会增加钻具风险；改善钻井液性能对携岩能力的提高有限；机械清除法包括短起下和使用井眼清洁工具。
气体钻水平井岩屑运移数值模拟研究
ｍｉ ｎ，ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｉ ｒ ｄ ｓ ａ ｌ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ７ ． ０ ｍｍ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ０ ． ４ ３ ｍ ａ ｎ ｄ ０ ． ６ ２ ｍ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ
ｐ ｌ ｏ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ） ，Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ｄｕ，Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ， ６ １ ０ ５ ０ ０，（ ｉ ｎ ａ； ２ ． Ｔａ ｒ ｉ ｍ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ｃｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ，ＣＮ ＰＣ Ｂｏ ｈ ａ ｉ Ｄｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ
摘
要： 针 对 气 体 钻 水 平 井过 程 中 的 井 眼净 化 问题 ， 开 展 了水 平 段 岩 屑 运 移 特 征 研 究 。基 于 气 固 两 相 流 动 模
型， 采用 Ｆ Ｉ ＵＥ ＮＴ软件模拟 了气体钻 井条件下不 同粒径 、 不同 注气量、 不 同钻杆 转速和 不 同钻 杆偏 心距 下单 颗粒 岩屑和岩屑颗粒群在水 平环 空的运移特性 。模 拟结果表 明 ， 单颗粒岩 屑在 水平环 空的运 移以跃移 形式 为主 ， 而岩 屑 颗 粒 群 的 运 移 主 要 包括 蠕 移 和 跃 移 两种 形 式 ； 粒径 ５ ． ０ ｒ ｎ ｌ ｎ岩 屑 在 注 气量 ５ ０ ， ７ Ｏ和 ９ Ｏ ｒ ｎ 。 ／ ｍｉ ｎ下 的 首 次跳 跃 距 离分 别 为 ０ ． ５ ５ ， ０ ． ９ ０和 １ ． ５ ０ ｍ； 在注气量为 ５ Ｏ ｍ３ ／ ｍｉ ｎ时 ， 粒径 １ ． ５ ｍｉ ｔ ｔ 岩 屑 的 首 次跳 跃 距 是 粒 径 ３ ． ０ ｍ ｍ 岩 屑 的 １ ． ５倍 ； 粒径 ７ ． ０ ｍｍ 岩 屑 在 钻 杆 静 止 和 转 速 为 ６ Ｏ ｒ ／ ｍｉ ｎ下 的 第 ３次跳 跃 距 离分 别 为 ０ ． ４ ３和 Ｏ ． ６ ２ ｍ； 粒径 ６ ． ０ ｍｍ 岩屑在偏 心距 ０ ， １ ０和 １ ５ ｍｍ条件 下的第 ２次跳跃距 离分 别为 ０ ． ５ ５ ， ０ ． ４ ４和 ０ ． ２ ８ ｍ。研 究表明 ， 注气量越 大、 粒径 越 小、 偏 心距 越小、 钻杆转动越快 ， 则岩屑运移的距 离越远 。建议采取 适 当提 高注气量 、 安装 水平 井井眼净化 工具 、 提 高钻杆居 中度等措施 ， 以提 高井眼净化效果 。
气体钻井岩屑颗粒动力学分析_韩春雨
气体钻井是利用空气或其他气体作为循环介质的一种低压欠平衡钻井技术。
由于气体密度较低，组分主要为干气及必要添加剂，能有效地在低压、易漏、水敏性强的泥页岩等层段钻进，因此气体钻井具有常规钻井液不可比拟的优越性[1,2]。
但是目前在气体欠平衡钻井研究领域中，主要集中在注气量的设计上，基本上都是把岩屑当作均一的规则颗粒考虑，这与实际钻井过程不相符合。
本文根据气固两相流流动基本理论，对比岩屑颗粒进行几何尺寸的划分、受力与摩阻等因素对钻井过程的气体携岩影响，可为今后的气体钻井环空岩屑运移动力学研究提供一定的参考。
1井筒环空岩屑颗粒性态特征在气体钻井过程中遇到的环空气固两相流动中的岩屑颗粒都不可能是均一的球体，而是直径由小到大分布的分散相。
由于颗粒的直径不同，其流动工况和流动规律亦各不相同，这使两相流的研究更复杂。
一般采用以下两种方法进行处理：一种是找出颗粒大小的分布规律，利用这个规律来求解两相流问题；另一种方法是把分散相颗粒采用合适的方法进行平均，以这样的平均直径来代替整个分散相颗粒群的运动规律。
粒度是岩屑颗粒在空间范围所占大小的线性尺度。
粒度越小，颗粒微细程度越大[3,4]。
表面光滑的球形颗粒只有一个线性尺寸，即直径，粒度也就相当于岩屑颗粒直径。
非球形颗粒或虽然大体上呈球形，但表面不光滑的颗粒，则可以用某种规定的线性尺度表示粒度。
其中有一些规定是以某种意义的相当球或相当圆的直径作为粒度的。
有些规定的粒度并不是相当球或圆的直径，也可统称为颗粒的直径。
用来描述颗粒粒度的“直径”主要有三轴径、球当量径、圆当量径和统计平均径。
这几种描述岩屑颗粒直径的方法中，以球当量直径应用较多，其表达式如下：dsV=6Vsπ3姨（1）但此方法没有考虑井筒环空高速流动气体（气相）对岩屑颗粒的影响。
由于岩屑是由几何形状不规则的小颗粒组成，为解决实际问题，本研究根据Stokes定律，定义岩屑直径d st为岩屑等沉降速度的直径，由于考虑了环空高速流动的气相的作用，与实际工程应用较为吻合，见方程（2）所示：d st=18μvtρ-ρf姨姨g姨（2）式中：μ—岩屑在沉降介质中的粘性系数；ρ—岩屑的密度,kg/m3；ρf—沉降介质的密度，kg/m3;vt—环空岩屑的等沉降速度,m/s。
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图 Ｉ 弹 体 设计 图
２ 弹体 材 料 与混 凝土 材料 参数
由于只有仿真碎屑 的排 出情况 ， 弹体外 表 面无损 伤 ， 顾
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４—１ ０— ２ ９ 修 回 日期 ： ２ ０ １ ４一ｌ １—１ ２
作 者简介 ： 郭佩宏（ １ ９ ８ ６ ．） ， 男， 山西晋 中人 ， 硕 士研究 生， 专业 ： 机械 电子工程。
碎 屑 沿 沟槽 旋 出 ， 减 小 锁 密 区对 侵 彻 深 度 的 影 响 ， 增 加 弹 丸 的 毁 伤 效 能 】 。
４ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ， ６ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ三种 转 速 的弹体 进 行仿 真模 拟 ， 对 弹体旋转 时的排屑量进 行计 算分析 。对 弹体 中轴进 行全约 束， 分别给 予 ２ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ， ４ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ， ６ ０ ０ ０ ｒ ａ ｃ Ｌ ／ ｓ 三 种不 同
钻地 弹主要被用 于攻击 机场 跑道 、 地面 加 固 目标 、 深入
仿真 时弹体设为刚性 材料 。弹体和碎 屑材 料分别 为钢 和 混凝 土 ， 材料参数 如表 １ 所 示。
表 １ 材 料 参数 名 称 钢
混 凝 土
地下 的指挥 中心和工 事等 目标。随着 重要 军事 目标 的 坚 固
真 的协 调 单 位 为 ｍｍ—Ｓ 。
（ ａ ）弹头在碎屑 中 （ 弹体 未旋转 ）
（ ｂ ）粒子运动轨迹
图 ２ 弹 体 模 拟 图
通过仿真模拟可见 混凝 土破碎 后的颗 粒 随着弹 体槽旋 至弹体尾部以上 ， 使得弹头前端 的混凝 土形不成密实 区。而
碎 屑排出到第一二三 区 ， 最终 回落 到第 三区。所以分析研 究
能 。 实验 验 证 了理 论 研 究 和 数 值 模 拟 的 可行 性 和 正 确 性 。 研 究 结 果 可 为 弹 丸 在 增 加 侵 彻 深 度 效 能 优 化 设 计 上 提
供借 鉴。
关键 词 ： 旋 转 ；钻地弹 ；离散 单元法
中图分类号 ： Ｔ Ｊ ７ ６ １ 文献标识码 ： Ａ
（ ａ ）弹 体三维 立体图 （ ｂ ）弹体 网络划 分模型
第 三区颗粒 数量随时 问 变化 即可。 图 ３中 ｄ ｃ ｂ分 别 为转速 ２ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ， ４ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ， ６ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ 三种转速 的弹体 把碎 屑 抛掷第 三区的数量时 间图。数据 分析如表 ２ 。 弹体 旋转 值模拟分 析结 果 ， 可 以看出 ： ６ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ的 弹 体， 等时 间内通 过 沟槽 把 碎 屑排 出 的数 量大 于 ４ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ
Ｏ ． ３
Ｏ ． ２
０
．
Байду номын сангаас
Ｏｌ
Ｏ． ５
３ 仿 真及 结果 分 析
利用离散元软 件 Ｅ Ｄ Ｅ Ｍ分 别对转速 为 ２ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ，
弹体外表 面带沟槽的设计 ， 利用弹体表 面沟槽 和弹体 自旋作 用赋予其旋转 力矩 ， 剪切 破坏混凝土锁密 区并 将破碎混凝 土
摘 要： 为 了增加弹丸 的侵彻 深度 ， 在 传统钻地弹 弹体 外表面增加沟槽 ， 并对其 对混凝土靶 板碎屑 的排屑过 程 进行 对比研 究。基 于细观力学原理 ， 采用 Ｅ Ｄ Ｅ Ｍ（ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ）建立 了三种 不 同转速 的 弹丸 离散 元模 型， 进行数值模 拟仿真。初 步探讨 三种不 同 自旋速度 和混凝 土相 互作 用规律 ， 得 到 了作 用过 程 中三种不 同排屑 效
的钻 速 。得 到 碎 屑 颗 粒 运 动 情 况 如 图 ２ 。
ｌ 弹体 模 型
本文 没计 弹体外侧带三 条扭 旋沟槽 ， 扭旋 方向 同弹 丸 自 旋方 向相同。由于弹 丸外表 面带 沟槽 结 构 比较 复 杂且 不对 称， 因此建立全模 型。旋转 体是 复杂实 体模 型 ， 且有 复 杂 曲 面， 采用 自由网格 画分操作 。弹体 ３ Ｄ模 型如 图 １ 所 示。仿
第 １期
郭佩宏， 等： 特 型钻 地 弹排 屑 的数值 模 拟及 实验 研 究
９ １
的碎 屑 ， 而转速 为 ４ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ 时 的碎 屑 又大 于 ２ ０ ０ ０ ｒ ａ ｄ ／ ｓ
剪切破坏并将 已压 实的混凝土锁密 区剪切破坏 沿沟槽旋 出。 为大幅度增加侵彻 深度提 供 了前提 。为攻击地 下 日标提 供 了有力的保障 。
２ ０ １ ５ 年第１ 期
文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ４ ５ ７ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ ． ０ ０ ９ ０ ． ０ ３
山西 电子技 术
研 究 与 探讨
特 型 钻 地 弹 排 屑 的 数 值 模 拟 及 实验 研 究
郭佩 宏 ，焦 国太 ，韩 晶，郑 超
（ 中北 大 学机 电工程 学院 ， 山 西 太原 ０ ３ ０ ０ ５ １ ）
小于压力破 坏强度的特 性 （ ０ ． １ ０—０ ． １ ５倍 ） ， 本 文 提 出 一 种
密度 ｋ ｇ ／ ｍ ７ ８ ０ ０
２ ６ ０ ｏ
剪 切 模 星 泊 松 比 滚 动 摩擦 静摩 擦 Ｐ ａ 系 数 系 数 ７ ｅ＋１ ０
５ ｅ＋７