Bitte benutzen Sie diese Kennung, um auf die Ressource zu verweisen:
http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/32438
Titel: | Finite-element simulation of PDC drill bit’s operational stress-strain state |
Sonstige Titel: | Скінчено-елементне дослідження напружено-деформованого стану доліт типу PDC під час їхньої роботи |
Autor(en): | Пригоровська, Тетяна Олексіїівна Пригоровський, Олександр Володимирович Pryhorovska, Tetiana Pryhorovskyi, Olexandr |
Affiliation: | Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, Україна Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivks, Ukraine |
Bibliographic description (Ukraine): | Pryhorovska T. Finite-element simulation of PDC drill bit’s operational stress-strain state / Tetiana Pryhorovska, Olexandr Pryhorovskyi // Scientific Journal of TNTU. — Tern. : TNTU, 2020. — Vol 97. — No 1. — P. 45–56. |
Bibliographic description (International): | Pryhorovska T., Pryhorovskyi O. (2020) Finite-element simulation of PDC drill bit’s operational stress-strain state. Scientific Journal of TNTU (Tern.), vol. 97, no 1, pp. 45-56. |
Is part of: | Вісник Тернопільського національного технічного університету, 1 (97), 2020 Scientific Journal of the Ternopil National Technical University, 1 (97), 2020 |
Journal/Collection: | Вісник Тернопільського національного технічного університету |
Issue: | 1 |
Volume: | 97 |
Erscheinungsdatum: | 28-Apr-2020 |
Submitted date: | 5-Mär-2020 |
Date of entry: | 17-Sep-2020 |
Herausgeber: | ТНТУ TNTU |
Place of the edition/event: | Тернопіль Ternopil |
DOI: | https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2020.01.045 |
UDC: | 624.014 |
Stichwörter: | долота типу PDC метод скінчених елементів моделювання напружено-деформований стан нарізь зварний шов PDC drill bit finite element method modeling stress-strain state thread welding joint |
Number of pages: | 12 |
Page range: | 45-56 |
Start page: | 45 |
End page: | 56 |
Zusammenfassung: | Наведено результати скінчено-елементного моделювання напружено-деформованого
стану доліт ріжучо-стираючої дії (PDC) під час їхньої експлуатації з метою визначення ділянок долота,
де є найбільші напруження і деформації з метою вироблення подальших рекомендацій для удосконалення
технології виготовлення долота. Визначення деформацій, які виникають під час експлуатації, має
важливе значення, оскільки втрата долотом зовнішнього діаметру є однією із причин виходу з ладу
долота. Виконане моделювання роботи долота із суцільним корпусом та із привареними лопатями. Під
час скінчено-елементного дослідження засобами AnsysWorkBench (академічна ліцензія) встановлено, що
як для суцільних, так і для доліт із привареними лопатями найбільші напруження спостерігаються в
момент врізання долота у породу. Для всіх типів доліт ділянками із найбільшими напруженнями є нарізеві
ділянки. Для доліт із привареними лопатями такими ділянками є і ділянки зварних швів. При цьому,
деформації, що виникають в області зварних швів, є причиною втратою долотом діаметра, що є
основним експлуатаційним показником роботи долота. Розглянуто залежність деформацій та
напружень у цих ділянках від товщини зварного шва. Таким чином, зроблено висновок про те, що долота
із привареними лопатями є більш схильними до втрати діаметра, тобто мають гірші показники
експлуатації, що висуває певні вимоги до удосконалення технології виготовлення доліт такого типу.
Запропоновано зменшення товщини зварного шва. Виконано скінчено-елементне дослідження
експлуатації доліт із зварними швами у 5, 7 і 10 мм. Встановлено, що рівень напружень і деформацій, що
виникають під час експлуатації, залежить від товщини шва: зменшення товщини зварного шва викликає
зменшення напружень і деформацій. The article presents finite-element simulation results of the PDC drill bit’s operational stress- strain state in order to determine the most stressed and deformed areas in drill bit’s operation. Operational stress- strain state of drill bit definition is important because external diameter of the drill bit is the main operation parameter; and drill bit external diameter decreasing is a cause of drill bit failure. There were simulated operations of PDC drill bit with welded blades and a solid drill bit. The authors used the Ansys Workbench (academic license version) to specify the biggest deformation areas. They are the welding joint areas and thread area. The authors considered the dependence of stresses and strains in these areas on the thickness of a welding joint. We can conclude that bits with welded blades are more prone to external diameter deformation; they have worse performance. This fact stipulates requirements for technology improvement of manufacturing these types of bits. |
URI: | http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/32438 |
ISSN: | 2522-4433 |
Copyright owner: | © Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2020 |
URL for reference material: | http://vbs-service.ru https://doi.org/10.21440/2307-2091-2017-1-65-67 https://doi.org/10.26649/musci.2018.029 https://doi.org/10.1002/nag.2235 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.770.461 https://doi.org/10.3390/en11061326 https://doi.org/10.21275/v5i6.NOV164119 https://doi.org/10.1007/s13202-013-0091-9 https://doi.org/10.1115/1.4035514 https://doi.org/10.2991/cmes-15.2015.125 https://doi.org/10.1098/rsta.2016.0176 https://doi.org/10.31471/1993-9965-2019-2(45)-7-15 https://doi.org/10.1051/matecconf/201712805017 https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.01.070 https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.01.041 |
References (Ukraine): | 1. Коды износа алмазных долот. URL: http://vbs-service.ru (дата звернення: 04.03.2020). 2. Хорунов В. Б., Стефанив Б. В., Сабадаш О. М., Воронов В. В. Особенности износа и критерии ремонтопригодности буровых долот с алмазно-твердосплавными резцами. Автоматическая сварка. 2012. № 10. С. 43–47. 3. Блинков О. Г. и др. Возможности физического моделирования напряженно-деформированного состояния опорных элементов шарошечного долота. Известия УГГУ. 2017. Вып. 1 (45). С. 65–67. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2017-1-65-67 4. Солоничний В. В., Вакалюк В. М., Лях Ю. М., Журавльов Д. Ю. Напружено-деформований стан композиційних матеріалів. Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. 2011. № 2. С. 28–30. 5. Dinescu S., Kertész (Brînaș) I., Vesa (Benea) M. Study on the stress and strain of the drill bits using the finite element method. MultiScience – XXXII. MicroCAD: International Multidisciplinary Scientific Conference University of Miskolc (5–6 September, 2018.). 2008. https://doi.org/10.26649/musci.2018.029 6. Saadati M., Forquin P., Weddfelt K., Larsson P.-L., Hild F. Granite rock fragmentation at percussive drilling – experimental and numerical investigation. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2014. 38 (8). Р. 828–843. https://doi.org/10.1002/nag.2235 7. Burkov P. V. et al. Computer Simulation of Strain at Drilling with PDC Bits. Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 770. Р. 461–463. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.770.461 8. Guangjian D., Ping C. 3D Numerical Simulation and Experiment Validation of Dynamic Damage Characteristics of Anisotropic Shale for Percussive-Rotary Drilling with a Full-Scale PDC Bit. Energies. 2018. № 11. P. 13–26. https://doi.org/10.3390/en11061326 9. Zhou Y., Wang L. Study on Optimum Structural Design of Roller Bit Bearing Double Rubber Ring Seal. International Journal of Science and Research (IJSR). 2016. Volume 5. Issue 6. P. 48–58. https://doi.org/10.21275/v5i6.NOV164119 10. Pei J., Yinghu Z., Zhenquan W., Dongyu S. Numerical simulation of polycrystalline diamond compact bit rock-breaking process based on smooth partcle hydrodynamic-finite element coupling method. Proceedings. 2013. № 2. 11. Srinivas V. Design and Analysis of Drill Bit with Various Materials Using ANSYS. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. № 13. Р. 5218–5221. 12. Ju P., Wang Z., Zhai Y., Su D., Zhang Y. & Cao Z. Numerical simulation study on the optimization design of the crown shape of PDC drill bit. Journal of petroleum exploration and production technology. 2014. № 4. Р. 343–350. https://doi.org/10.1007/s13202-013-0091-9 13. Callejo A., Arbatani S., Kövecses J., Kalantari M., Marchand N. Drill Bit Contact Dynamics Including Side Cutting: Simulation and Validation. Journal of Energy Resources Technology. 2017. № 139. Р. 184–197. https://doi.org/10.1115/1.4035514 14. Shi J., Wang J., Liu X. The Nonlinear Dynamics Simulation of Drill String-drill Bit-rock Based on ABAQUS: 2nd International Conference on Civil, Materials and Environmental Sciences (April, 2015.). 2015. https://doi.org/10.2991/cmes-15.2015.125 15. Fourmeau M, Kane A, Hokka M. Experimental and numerical study of drill bit drop tests on Kuru granite. Phil. Trans. R. Soc. 2016. № 375. https://doi.org/10.1098/rsta.2016.0176 16. Hrydzhuk Y. S. Research of axial force and the torque action on a drill string at rotary and combined drilling methods. Scientific Bulletin of Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas. 2018. № 2 (45). Р. 7–15. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2019-2(45)-7-15 17. Zhang W., Dang W., Chen W., Zhang Y. Individual Drilling Bit Design and Optimization in Mahu Area. MATEC Web of Conferences, 2017. 128. https://doi.org/10.1051/matecconf/201712805017 18. Залога В. А., Криворучко Д. В., Хвостик С. Н. Имитационная модель прямоугольного свободного резания. Вісник Сумського державного університету. 2005. № 11. C. 55–66. 19. Глембоцька Л., Балицька Н., Мельничук П., Мельник О. Комп’ютерне моделювання силового навантаження ножів торцевих фрез з циліндричною передньою поверхнею при різанні важкооброблюваних матеріалів. Вісник ТНТУ. 2019. № 1 (93). С. 70–80. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.01.070 20. Ковальчук Я., Шингера Н., Чорномаз Н. Напружено-деформівний стан нижнього пояса підкроквяної зварної ферми. Вісник ТНТУ. 2019. № 1 (93). С. 41–46. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.01.041 |
References (International): | 1. Diamond bit wear codes: website. URL: http://vbs-service.ru (date of access: 03.04.2020). 2. Khorunov V. B, Stefaniv B. V., Sabadash O. M., Voronov V. V. Features of wear and maintainability criteria for drill bits with diamond carbide cutters. Automatic welding. 2012. No. 10. P. 43–47. [Іn Russian]. 3. Blinkov O. G. Possibilities of physical modeling of the stress-strain state of the supporting elements of a conical bit. UGSU News. 2017. 1 (45). P. 65–67. [Іn Russian]. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2017-1-65-67 4. Solonychnyi V. V., Vakaliuk V. M., Liakh Y. M., Zhuravlev D. Yu. Stress-strain state of composite materials. Scientific Bulletin of the Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas. 2011. № 2. P. 28–30. 5. Dinescu S., Kertész (Brînaș) I., Vesa (Benea) M. Study on the stress and strain of the drill bits using the finite element method. MultiScience – XXXII. MicroCAD: International Multidisciplinary Scientific Conference University of Miskolc (5–6 September, 2018.). 2008. https://doi.org/10.26649/musci.2018.029 6. Saadati M., Forquin P., Weddfelt K., Larsson P.-L., Hild F. Granite rock fragmentation at percussive drilling – experimental and numerical investigation. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2014. 38 (8). Р. 828–843. https://doi.org/10.1002/nag.2235 7. Burkov P. V. et al. Computer Simulation of Strain at Drilling with PDC Bits. Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 770. Р. 461–463. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.770.461 8. Guangjian D., Ping C. 3D Numerical Simulation and Experiment Validation of Dynamic Damage Characteristics of Anisotropic Shale for Percussive-Rotary Drilling with a Full-Scale PDC Bit. Energies. 2018. № 11. P. 13–26. https://doi.org/10.3390/en11061326 9. Zhou Y., Wang L. Study on Optimum Structural Design of Roller Bit Bearing Double Rubber Ring Seal. International Journal of Science and Research (IJSR). 2016. Volume 5. Issue 6. P. 48–58. https://doi.org/10.21275/v5i6.NOV164119 10. Pei J., Yinghu Z., Zhenquan W., Dongyu S. Numerical simulation of polycrystalline diamond compact bit rock-breaking process based on smooth partcle hydrodynamic-finite element coupling method. Proceedings. 2013. № 2. 11. Srinivas V. Design and Analysis of Drill Bit with Various Materials Using ANSYS. Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. № 13. Р. 5218–5221. 12. Ju P., Wang Z., Zhai Y., Su D., Zhang Y. & Cao Z. Numerical simulation study on the optimization design of the crown shape of PDC drill bit. Journal of petroleum exploration and production technology. 2014. № 4. Р. 343–350. https://doi.org/10.1007/s13202-013-0091-9 13. Callejo A., Arbatani S., Kövecses J., Kalantari M., Marchand N. Drill Bit Contact Dynamics Including Side Cutting: Simulation and Validation. Journal of Energy Resources Technology. 2017. № 139. Р. 184–197. https://doi.org/10.1115/1.4035514 14. Shi J., Wang J., Liu X. The Nonlinear Dynamics Simulation of Drill String-drill Bit-rock Based on ABAQUS: 2nd International Conference on Civil, Materials and Environmental Sciences (April, 2015.) 2015. https://doi.org/10.2991/cmes-15.2015.125 15. Fourmeau M, Kane A, Hokka M. Experimental and numerical study of drill bit drop tests on Kuru granite. Phil. Trans. R. Soc. 2016. № 375. https://doi.org/10.1098/rsta.2016.0176 16. Hrydzhuk Y. S. Research of axial force and the torque action on a drill string at rotary and combined drilling methods. Scientific Bulletin of Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas. 2018. № 2 (45). Р. 7–15. https://doi.org/10.31471/1993-9965-2019-2(45)-7-15 17. Zhang W., Dang W., Chen W., Zhang Y. Individual Drilling Bit Design and Optimization in Mahu Area. MATEC Web of Conferences, 2017. 128. https://doi.org/10.1051/matecconf/201712805017 18. Zaloga V. A., Krivoruchko D. V., Khvostik S. N. Imitation model of rectangular free cutting. Bulletin of Sumy State University. 2005. № 11. C. 55–66. [Іn Russian]. 19. Hlembotska L., Balytska N., Melnychuk P., Melnyk O. Computer modelling power load of face mills with cylindrical rake face of inserts in machining difficult-to-cut materials. Scientific Journal of TNTU. 2019. Vol. 93. No. 1. Р. 70–80. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.01.070 20. Kovalchuk Ya., Shynhera N., Сhornomaz N. Stress-strain state of a bottom chord of a welded roof truss. Scientific Journal of TNTU. 2019. Vol. 93. No. 1. Р. 41–46. https://doi.org/10.33108/visnyk_tntu2019.01.041 |
Content type: | Article |
Enthalten in den Sammlungen: | Вісник ТНТУ, 2020, № 1 (97) |
Dateien zu dieser Ressource:
Datei | Beschreibung | Größe | Format | |
---|---|---|---|---|
TNTUSJ_2020v97n1_Pryhorovska_T-Finite_element_simulation_45-56.pdf | 4,66 MB | Adobe PDF | Öffnen/Anzeigen | |
TNTUSJ_2020v97n1_Pryhorovska_T-Finite_element_simulation_45-56.djvu | 673,1 kB | DjVu | Öffnen/Anzeigen | |
TNTUSJ_2020v97n1_Pryhorovska_T-Finite_element_simulation_45-56__COVER.png | 1,02 MB | image/png | Öffnen/Anzeigen |
Alle Ressourcen in diesem Repository sind urheberrechtlich geschützt, soweit nicht anderweitig angezeigt.