5.1.1　冲击钻头－岩石物理模型的建立

钻头冲击－回转破岩过程是一个非线性、变形量很大的复杂动态过程［1］。钻头冲击－回转破岩是在钻头已经承受一定静载荷基础上，以纵向冲击力和回转切削力共同破碎岩石的方法，是机械式破碎硬质岩石的主要方法。针对本课题研究目标和内容，本章以多臂式凿岩台车用液压凿岩机钻头为研究对象，建立钻头模型。同时，为了得到较为理想的数值模拟结果，在不影响系统外载荷的情况下，对钻头－岩石系统模型做了如下简化和假设：

①将液压凿岩机的钎头、连接套和钎杆当作是一个整体的刚体来看待，只考虑钻头冲击凿岩过程中钻进系统在沿着轴向方向上的整体受力状况，在整个破岩过程中不考虑钻头的变形和磨损。

②将冲击活塞撞击钎尾的冲击能简化成一个等效冲击力直接作用于钻头模型末端。

③对岩石建模时，将岩石视为连续的、均匀的、各向同性的介质，不考虑岩石中的原生裂纹及岩石内部孔隙压力影响。

④假设破碎后的岩屑能够迅速离开钻孔，即破碎失效的岩石单元即刻被删除。

在Pro/Engineer软件里创建钻头直径为89mm简化后的钎头、连接套和钎杆整体的物理模型，再将有限元导入分析软件ABAQUS中；在ABAQUS软件中直接建立尺寸为350 mm×350 mm×200 mm的岩石模型，如图5.1所示。装配并调整岩石和钻头两者的相对位置，使它们之间的距离尽量靠近，以便使仿真时间尽量缩短。