【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及仿真分析，特别涉及一种基于abaqus的pdc齿仿真领域，具体是一种利用abaqus仿真软件同时对pdc齿及整个合成腔进行热力耦合仿真分析方法。
技术介绍
1、聚晶金刚石复合片(简称pdc)基于其超高的硬度、耐磨性与良好的抗冲击韧性、可焊接性等优点，被广泛应用于石油钻探、矿石开采等多个领域。pdc性能的优劣对其工作效率和使用寿命有着决定性的影响，而影响聚晶pdc性能的因素有很多。比如，聚晶pdc烧结合成过程中的烧结应力大小、烧结成形后的残余应力大小和密度大小、聚晶金刚石与硬质合金基体之间的界面结构(如凸台、环形槽、梯形槽等)、烧结时间的长短和烧结温度的大小、合成腔内压力的大小以及烧结时添加剂的选用等等。
2、而pdc钻头的一大研究热点是pdc钻头与其切削齿的失效，发生这种情况的原因之一是取决于烧结合成过程中保温保压阶段的烧结应力、相对密度与卸压脱模阶段的残余应力，要发现和规避相关情况，减少损失，需要以烧结过程评价切削齿的力学情况。目前以烧结过程评价切削齿的方法大多数都需要进行实验分析，由于pdc的合成是使用密封的高温高压合成腔体在国产铰链式六面顶液压机上，合成压力在6gpa，合成温度在1500℃以上进行的。因此，很难使用常规的原位测量方法在高温高压下进行pdc内物理场的测量，从而导致直观观测pdc内物理场变得十分困难。很多的实验现象和实验结果只能通过长期的合成经验来进行分析。采用上述方法成本高，不利于进行对比研究。
3、基于上述情况，可以选择采用有限元法，通过计算机模拟仿真来得到实验结论，能
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于克服现有pdc齿的烧结合成过程无法直观观测的缺陷，提供一种子程序与显性分析相配合的方法，以输出pdc齿的应力和密度及其烧结腔的应力分布，评价pdc齿烧结质量及其烧结工艺，以此优化切削齿齿面、界面结构设计、烧结工艺的要求，同时提出分析过程中网格划分规则，以便减少分析计算量的同时使得分析结果更加准确。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种基于abaqus的烧结合成pdc切削齿的热力耦合仿真方法，包括如下步骤：
4、步骤1，进行abaqus仿真前处理，包括：材料本构模型的建立、几何模型创建、基于几何模型进行有限元模型建立；
5、步骤2，进行abaqus仿真：施加载荷，绘制节点，通过仿真得到结果，并对得到的结果进行数据处理。
6、进一步的，在所述步骤1中，进行abaqus仿真前处理，具体包括如下进行的步骤：
7、步骤1.1,几何模型创建，通过建立金刚石层和硬质合金作为pdc齿，并设置pdc切削齿尺寸，建立叶蜡石、白云石、金属杯作为合成腔,均设置为可变形体；之后建立六面顶锤并设置为刚体。
8、步骤1.2，有限元模型建立，依次通过求解器设置、材料赋予、子程序编写、网格划分、赋予接触、边界条件定义、设置场输出、提交结果。
9、进一步的，在所述步骤1.2中，进行abaqus有限元模型的建立具体为：
10、步骤1.2.1，设置求解器：选择动力、温度-位移、显式分析步；
11、步骤1.2.2，材料赋予：将材料参数赋予截面，将截面分别指派，并且定义本构关系，其中金刚石粉末所使用的模型为塑性drucker prager/cap模型、叶蜡石所使用的为塑性drucker prager模型、金属杯所使用的为johnson-cook损伤模型；其中，druckerprager/cap模型使用相对密度相关的模型，并编写子程序vusdfld与其配合计算。
12、步骤1.2.3，网格划分：采用拆分网格画法，针对pdc齿网格加密，使用c3d4t网格单元，其余部分采用c3d8t单元；
13、步骤1.2.4，赋予接触：通用接触；此时需要定义接触属性：其摩擦公式为罚接触，系数为0.3；法向行为定义硬接触，并定义适当的热传导和生热；硬质合金与金刚石层之间设置面对面绑定约束，主表面为硬质合金，从表面为金刚石层；
14、步骤1.2.5，边界条件定义：在step1时将六面顶锤耦合至一点，只开放单轴自由度，设置耦合点速度并设置幅值；设置三个固定的顶锤所有自由度均为0，；设置温度预定义场；
15、步骤1.2.6，设置场输出：输出a、cstress、evf、hfl、le、nt、pe、peeq、peeqvavg、pevavg、rf、s、status、svavg、temp、u、v、fv1，并建立历程场输出请求进行数据输出。
16、进一步的，在所述步骤2中，烧结合成过程中热力耦合数据以温度、应力、密度为研究对象；进行abaqus仿真后处理数据提取具体如下：
17、步骤2.1，对于pdc齿主要区域进行采样，取剖视图，输出odb场变量输出请求，选择应力mises和密度fv1为输出变量，其主要分析区判定为pdc齿切削过程中的主要失效区域，即最外缘。
18、步骤2.2，选取“创建xy轴数据”-“odb场输出请求”-“唯一节点-位置”，从视口中选择主要接触区节点并进行绘制，得到预输出结果；
19、步骤2.3，对于齿面主要区域进行采样，输出odb场变量输出请求，选择单元节点应力mises和密度fv1为输出变量，其主要接触区判定为齿容易脱落失效的区域，即界面为主要选取范围；
20、步骤2.4，选取“创建xy轴数据”-“odb场输出请求”-“单元节点-位置”，从视口中选择单元节点并绘制，得到预输出结果；
21、步骤2.5，通过菜单栏plug-ins中选择excel utilities内置插件将预输出结果数据导出至excel处理，随后可通过origin进行数据曲线图绘制，实现数据可视化，直观的对数据进行分析比较。
22、进一步的，步骤2.5所述的实现数据可视化，至少包括如下内容：通过此次密度-时间图和应力-时间图分析得出pdc的主要分析区域烧结过程规律；输出合成腔的应力云图，从而分析烧结工艺；针对pdc齿，输出其应力和密度云图，并对其各个部位进行数据分析，从而为钻头选型和设计提供依据。
23、本专利技术的有益效果如下：
24、1、解决了目前pdc齿的烧结合成过程无法直接进行全程观测的问题。能全程仿真模拟温度等参数变化对pdc齿烧结过程的影响，便于寻找问题，改良步骤和参数。
25、2、构建了完整的pdc齿本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于ABAQUS的烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS的烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，在所述步骤1中，进行ABAQUS仿真前处理，具体包括如下进行的步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于ABAQUS的烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，在所述步骤1.2中，进行ABAQUS有限元模型的建立具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于ABAQUS烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，在所述步骤2中，烧结合成过程中热力耦合数据以温度、应力、密度为研究对象；进行ABAQUS仿真后处理数据提取具体如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于ABAQUS烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，步骤2.5所述的实现数据可视化，至少包括如下内容：通过此次密度-时间图和应力-时间图分析得出PDC的主要分析区域烧结过程规律；输出合成腔的应力云图，从而分析烧结工艺；针对PDC齿，输出其应力和密度云图，并对其各个部
...【技术特征摘要】
1.一种基于abaqus的烧结合成pdc切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于abaqus的烧结合成pdc切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，在所述步骤1中，进行abaqus仿真前处理，具体包括如下进行的步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于abaqus的烧结合成pdc切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，在所述步骤1.2中，进行abaqus有限元模型的建立具体为：
4.根据权利要求3所述的一种基于abaqus烧结合成pdc切削...
【专利技术属性】
技术研发人员：张富晓，童浩，周已，朱王昊，朱海，丁鞠桐，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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