Абердинский проект — различия между версиями

Версия 17:43, 2 июня 2011

Абердинский проект - обобщенное название серии научно-исследовательских проектов, посвященных исследованию разрушения горных пород по действием высокоскоростного вибрационного бурения (Resonance Enhanced Drilling, RED). Проект осуществляется сотрудниками кафедры совместно с сотрудниками Университета Абердина, Великобритания.

История

В 1999 году А. М. Кривцов был приглашен профессором М. Вьерчигрохом в Абердинский университет на работу по контракту (postdoctoral research) длительностью 18 месяцев. За время работы в Абердине А. М. Кривцовым совместно с М. Вьерчигрохом была 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. В 2001 году к проекту присоединилась Екатерина Павловская, в результате чего была разработана более сложная модель, где были учтены вязко-упругие свойства горной породы. При этом движение системы осуществляется как смена фаз слипания-скольжения, и ее поведение может изменяться от периодического к хаотическому. Однако и эта, более сложная модель, не позволила в результате расчета выявить некоторые важные эффекты, которые проявляются в реальности и существенно влияют на характеристики бурения: износ и разрушение инструмента (бура), учет вращения бура, возможность сверления исключительно за счет статического воздействия на образец и пр. С целью скомпенсировать недостатки аналитической модели, А. М. Кривцовым было реализовано решение с использованием численной модели, основанной на использовании метода динамики частиц, который успешно применяется для решения задач разрушения материалов. Рассматривалась двухмерная расчетная модель, так как даже с применением суперЭВМ моделирование трехмерных объектов методом динамики частиц требует больших вычислительных затрат.

В 2009 году по инициативе Ольги Лобода и Екатерины Павловской сотрудничество двух университетов было восстановлено 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 численной 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 (на двумерной модели 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 численной и аналитической моделей сходен, однако есть и различия. Причины расхождений связаны с во-первых с тем, что численная модель является двумерной, в отличие от одномерной аналитической, то есть зависит от большего числа параметров, а во вторых лучше моделирует сопротивление образца, так как материал в численной модели обладает порогом разрушения, тогда как аналитическая модель образца реагирует на сколь угодно малую нагрузку. В 2011 году работа была направлена на развитие предыдущих численных моделей. 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

Ekaterina Pavlovskaia, University of Aberdeen, Senior Lecturer, Professor Marian Wiercigroch; Six Century Chair in Applied Dynamics; Aberdeen University; Dr James Ing, Research Fellow, Aberdeen University; Mr Olusegun Ajibose, PhD student, Aberdeen University;