基于LS-DYNA的双旋钻头设计及仿真

摘要：

不同工况下钻头的钻进方法和结构设计要求各不相同,科学合理地设计钻头可以有效提高钻探设备的工作效率及可靠性.针对小型探测取样机器人切削力不足、能耗高及稳定性低的问题,提出了一种正反双旋钻头结构,并利用LS-DYNA对其进行优化设计及仿真分析.通过理论计算出正反双旋钻头中切削挤压钻头和切削扩孔钻头的参数比,在此基础上设计出正反双旋钻头结构,并对其工作原理进行理论分析;其次,基于SPH方法建立了正反双旋钻头切削土壤模型,利用LS-PrePost进行关键字定义,对模型仿真参数进行设置,通过LS-DYNA仿真软件对钻头的结构参数进行了优化设计,并对其切削土壤过程的应力、阻力矩及能耗进行了仿真分析.研究表明:正反双旋钻头掘进土壤时切削扩孔钻头与切削挤压钻头受到绕Y轴方向上的力矩可以大致抵消,从而提高掘进机器人破土运动时的平稳性;与普通钻头挤压切削土壤对比,正反双旋钻头的切削阻力降低了45.97％,可有效解决现有钻头切削力不足及能耗高的问题,为机械设备钻头的结构优化设计提供了新方法.

关键词：钻头、切削、仿真分析、结构优化

分类号：TP391.9(计算技术、计算机技术)

资助基金：国家级大学生创新创业训练计划项目;广东省普通高校特色创新项目

在线出版日期：2023-07-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：72-76,101