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PDC钻头在石油、天然气等领域的钻井中得到了广泛的应用,其进尺数已经达到了钻井破岩总进尺数的90%以上。PDC钻头在钻进的过程中,运动状态与受力情况十分复杂,会产生纵向振动、横向振动及扭转振动等情况。因此,仅仅通过理论分析无法很好的得到其运动状态及受力情况,于是需要对PDC钻头的钻进过程进行相应的仿真计算。而目前对PDC钻头的钻进仿真主要为理想运动工况下的静力学仿真,这会与实际的情况存在着较大的偏差。针对上述问题,本文在前人研究的基础上,对复杂运动工况下的PDC钻头的钻进过程进行了仿真模拟,主要的研究内容如下:本文在PDC钻头几何学的基础上,综合考虑计算精度与效率,建立了 PDC钻头仿真模型,并根据PDC钻头钻进仿真的需要,对井底进行了离散化,建立了三维井底离散模型,实现了钻头对岩石的切削过程,完成了对切削体积、切削弧长及切削面积等切削参数的计算,并对井底进行实时的更新。对PDC钻头切削齿与岩石的相互作用的力学模型进行了相应的理论推导,发现其与实验数据之间误差相对较大,于是基于BP神经网络算法得到了切削齿结构参数、切削参数及岩石的性质等参数与切削载荷之间的映射关系,建立了切削力学模型,并通过单齿切削实验数据对其进行了验证。根据PDC钻头仿真模型、井底模型及切削力学模型完成了对给定运动工况下PDC钻头切削载荷的求取。建立了 PDC钻头在钻进过程中的与岩石相互作用的动力学模型,在此基础上,考虑钻柱对PDC钻头的影响,建立PDC钻头在钻进过程中的纵向振动、横向振动及扭转振动动力学模型,并采用显式Newmark算法对其进行求解。采用Matlab编制了 PDC钻头动力学仿真软件,完成了对PDC钻头的动力学仿真计算。