围压作用下水合物沉积物单齿破碎数值模拟研究

选用人工合成的膨润土水合物力学参数,以Drucker-Prager准则作为水合物沉积物的本构模型,通过模拟3轴压缩试验来验证材料正确性。建立单齿切削水合物的三维仿真模型,通过切削试验来验证仿真模型正确性,分析了围压对水合物沉积物破碎形式的影响,以及围压、切削深度和侧倾角对单齿切向力以及破碎比功的影响。仿真结果表明:围压的存在导致破碎过程中的挤压破碎区增大,水合物切屑变小,切向力与破碎比功显著增大;切向力与破碎比功随围压的增加而增大,但增大幅度逐渐变小;切向力随切削深度增大而增加,同时增加幅度逐渐增大,比功随切削深度的增大而逐渐减小,同时减少幅度逐渐减小。该研究结果可为绞吸式机械破碎单齿设计与开采制定提供参考依据。