PDC齿切削砂岩的细观损伤模拟

在岩石切削过程中,刀具的切削参数对岩石的破坏方式和破岩效率有重要影响。为了研究PDC齿在不同切削参数下切削砂岩的细观损伤效果,采用离散单元法建立了PDC齿压入砂岩的数值模型,研究不同切削速度、前倾角及切削深度情况下,砂岩在PDC齿切削过程中的力场分布及裂纹发育情况的变化规律。研究结果表明：在一定范围内增加切削速度、前倾角和切削深度,剪切裂纹提前萌生且其占比增加;前倾角和切削速度对齿尖主裂纹的扩展影响较小,切削深度则对齿尖主裂纹的扩展影响较大;针对研究的砂岩,其临界切削深度为2 mm左右,当切削深度增加时,容易增加PDC齿齿尖产生的裂纹的长度,当裂纹长度达到5 mm及以上时,块体崩碎的频率提高,块体崩碎存在卸载现象。所得结论可为PDC齿的设计及切削参数的选择提供理论支持。