Абердинский проект
Абердинский проект - общее название серии научно-исследовательских проектов, посвященных исследованию разрушения горных пород по действием вибрационного бурения (Resonance Enhanced Drilling, RED). Проект осуществляется сотрудниками кафедры совместно с сотрудниками Абердинcкого Университета, Великобритания.
История
В 1999 году А. М. Кривцов был приглашен профессором Марианом Верчигрохом в Абердинский университет по гранту Лондонского Королевского общества на постдок (postdoctoral research) длительностью 18 месяцев. За время работы в Абердине А. М. Кривцовым совместно с М. Верчигрохом была разработана аналитическая модель, позволившая исследовать скорость удаления материала как функцию статической продольной силы (weight on bit, WOB) и амплитуды гармонической продольной силы, приложенных к буру. При этом движение системы осуществляется как смена фаз слипания-скольжения, и ее поведение может изменяться от периодического к хаотическому. С целью определения параметров аналитической модели и установления ее связи с экспериментом А. М. Кривцовым совместно с М. Верчигрохом была разработана компьютерная модель, основанная на использовании метода динамики частиц, который успешно применяется для решения задач разрушения материалов. Компьютерная модель позволила учесть ряд важных эффектов, которые проявляются в реальности и существенно влияют на характеристики бурения, однако не описываются аналитической моделью: износ и разрушение инструмента (бура), учет вращения бура, возможность сверления исключительно за счет статического воздействия на образец и пр. Экспериментальное исследование вибрационного сверления проводилось Ежи Воеводой, приглашенным М. Верчигрохом для этой цели в Абердинский университет. В 2001 году к проекту присоединилась Екатерина Павловская, в результате чего была разработана более сложная аналитическая модель, где были учтены вязко-упругие свойства горной породы.
В 2009 году по инициативе Ольги Лобода и Екатерины Павловской сотрудничество двух университетов было возобновлено в рамках проекта 09-01-92603-КО_а "Моделирование хрупкого разрушения под действием динамических нагрузок", поддержанного РФФИ и Лондонским Королевским обществом. В результате работы в 2009-2010 гг. было проведено сравнение аналитической и компьютерной моделей. При этом численная модель была усовершенствована по сравнению с 2001 г.:
- введен более корректный учет статического и динамического продольного воздействия на инструмент (tool);
- добавлен крутящий момент (ранее он описывается поперечной силой, приложенной к инструменту);
- добавлен учет износа и разрушения инструмента.
В результате сравнения было показано, что характер зависимостей скоростей бурения от приложенной нагрузки для компьютерной и аналитической моделей сходен, однако есть и различия. Причины расхождений связаны с тем, что компьютерная модель
- является двумерной, в отличие от одномерной аналитической, то есть зависит от большего числа параметров;
- лучше моделирует сопротивление образца, так как материал в компьютерной модели обладает порогом разрушения, тогда как аналитическая модель образца реагирует на сколь угодно малую нагрузку.
В 2011 году работа была направлена на развитие компьютерной модели:
- разработаны модели монокристаллического материала, монокристаллического материала с дефектами и поликристаллического материала;
- предложено два подхода к моделированию хрупких материалов, различающихся используемыми потенциалами взаимодействия между частицами;
- разработана компьютерная модель зубца бура, по форме соответствующая геометрии реального бура;
- введено ограничение на крутящий момент, прикладываемый к буру, за счет чего ограничивается мощность бурения;
- проведены многопроцессорные расчеты с использованием ресурсов Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН.
Участники проекта
На 2011 год состав участников проекта указан в таблицах ниже.
Со стороны СПбГПУ, Россия
| Фамилия, И.О. | Уч. степень, должность | Роль в проекте |
| Кривцов А.М. | Д.ф.-м.н., проф., зав. кафедрой | Руководитель проекта |
| Лобода О.С. | К.ф.-м.н., доц. кафедры | Координатор |
| Беринский И.Е. | К.ф.-м.н., асс. на кафедре | Старший исследователь |
| Ле-Захаров С.А. | Асс. на кафедре | Исследователь |
| Асонов И.Е. | Студент кафедры | Исследователь |
Со стороны Абердинского университета, Великобритания
| Имя и фамилия | Уч. степень, должность | Роль в проекте |
| Ekaterina Pavlovskaia | К.ф.-м.н., Senior Lecturer, Aberdeen University | Руководитель проекта |
| Marian Wiercigroch | Professor, Six Century Chair in Applied Dynamics, Aberdeen University | Научный консультант |
| James Ing | Ph.D., Research Fellow, Aberdeen University | Исследователь |
| Olusegun Ajibose | Ph.D., Research Fellow, Aberdeen University | Исследователь |
