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申请/专利权人：四川轻化工大学

摘要：本发明公开了一种基于塑‑脆性转变的PDC钻头布齿优化设计方法，包括如下步骤：步骤1：构建PDC齿塑‑脆性转变破岩力学模型；所述力学模型包括破岩比能‑切削面积子模型和法向力‑切向力子模型；步骤2：所述PDC齿塑‑脆性转变破岩力学模型参数；步骤3：给定切削倾角和切削面积，根据确定参数后的PDC齿塑‑脆性转变破岩力学模型在PDC钻头的布齿设计时控制PDC齿的切削面积均大于Ab。通过力学模型能在PDC钻头的布齿设计过程中，给定切削倾角和切削面积，得到相应的切削力，完成PDC钻头布齿参数的优化设计。同时利用该模型得出的临界塑‑脆性转变面积Ad和Ab，可在PDC钻头的布齿设计阶段，控制PDC齿的切削面积均大于Ab，从而达到利用塑‑脆性破碎原理提高PDC钻头破岩效率的目的。

主权项：1.一种基于塑-脆性转变的PDC钻头布齿优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建PDC齿塑-脆性转变破岩力学模型；所述力学模型包括破岩比能-切削面积子模型和法向力-切向力子模型；所述破岩比能-切削面积子模型为： 式中，E为破岩比能-切削面积子模型，代表切向力Ft和切削面积A的比值，即E＝FtA；Kd为塑性破碎斜率；Bd为塑性破碎截距；Kb为脆性破碎斜率；Bb为脆性破碎截距；wd为塑-脆性转变中塑性破碎比例因子，Ad为临界塑-脆性转变面积下限；Ab为临界塑-脆性转变面积上限；所述法向力-切向力子模型为：S＝kE+b＝kFtA+b；式中，S为法向力-切向力子模型，代表法向力Fn和切削面积A的比值，即S＝FnA；k为切向力-法向力对应关系的斜率；b为切向力-法向力对应关系的截距；步骤2：确定所述PDC齿塑-脆性转变破岩力学模型参数；步骤2-1：通过单齿切削实验获得单齿的切削力和切削面积A，并将切削力按照方向分解为切向力Ft和法向力Fn，由S＝FnA和E＝FtA求得接触应力S和破岩比能E；步骤2-2：根据接触应力S和破岩比能E绘制S-E散点图，并拟合曲线，根据曲线求解出系数k和b；步骤2-3：预设多个临界塑-脆性转变面积下限Ad和上限Ab，并拟合得出塑性破碎斜率Kd和截距Bd，以及脆性破碎斜率Kb和截距Bb；通过计算出wd；步骤2-4：将步骤2-1到步骤2-3获得参数代入步骤1中的破岩比能-切削面积子模型中计算出破碎比能试值e0；再根据法向力-切向力子模型计算出接触应力的试值s0；步骤2-5：比较切削实验所得的接触应力S和接触应力的试值s0的误差er＝|S-s0|，误差er达到预定范围内得到力学模型的所有参数；步骤3：给定切削倾角和切削面积，根据确定参数后的PDC齿塑-脆性转变破岩力学模型在PDC钻头的布齿设计时控制PDC齿的切削面积均大于Ab；进而实现PDC钻头布齿优化。

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