شبیه سازی عددی اثر زاویه شیب عقب تیغه PDC بر روی مکانیزم شکست سنگ با استفاده از روش المان مجزا

در صنعت نفت، عمران و معدن، از انواع مختلف ابزار برش جهت استخراج مواد سنگی استفاده می شود. از این رو بررسی عکس العمل ابزار برش با سنگ می تواند راهکاری مناسب جهت تحلیل مسایل مرتبط با شکست های بوجود آمده در آن در زمان حفاری باشد. یکی از عوامل موثر بر مکانیزم شکست سنگ در زمان حفاری، هندسه ای ابزار برش (تیغه برش) است که تاثیر به سزایی در انرژی ویژه MSE ( انرژی مورد نیاز برای حفر حجم واحدی از سنگ) مصرفی دارد. روش عددی المان مجزا یکی از پیشرفته ترین روش ها برای مدل کردن مسایلی است که با کرنش و تغییرشکل بالا همراه است. هدف اصلی این تحقیق شبیه سازی برش سنگ و بررسی تاثیر زاویه شیب عقب در عملکرد تیغه PDC بر روی دو نمونه سنگ رسوبی (ماسه سنگ و سنگ آهک) است. بنابراین از نرم افزار عددی کد جریان اجزاء (PFC۲D) که رفتار مکانیکی مواد دانه ای را با روش المان های مجزا (DEM) شبیه سازی می کند، استفاده شده است. بر اساس نتایج به دست آمده، سنگ آهک نسبت به ماسه سنگ به انرژی ویژه بیشتری نیاز دارد که دلیل آن می تواند مقاومت بیشتر سنگ آهک نسبت به ماسه سنگ باشد. اما افزایش زاویه شیب عقب از ۱۰ درجه به ۴۰ درجه باعث افزایش انرژی ویژه مصرفی در هر دو نوع سنگ می شود. در حقیقت نیروی افقی برش عامل اصلی تاثیر گذار در مقدار انرژی ویژه است . علاوه بر این نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد که مکانیزیم جریان مواد خرد شده در جلوی تیغه ی برش تابعی از هندسه ی تیغه و زاویه اصطکاک بین تیغه و ذرات خرد شده سنگ است که از جمله عوامل موثر در مقدار انرژی ویژه محسوب می گردد.

کلیدواژه ها:

Failure mechanism ، Mechanical specific energy ، Numerical methods DEM ، PDC cutter ، back rake angle