1.设计排屑方式:
螺旋式排屑:根据钻头（PDC钻头）自身结构，利用旋转将切屑输送到地面，可利用压缩空气、振动装置进行排屑辅助，防止堵塞）。
振动装置:在排屑装置上安装振动装置，可以帮助切屑松动，防止堵塞。
清洗装置:在排屑装置上安装清洗装置，可以清除附着在切屑上的土壤，提高排屑效率。
2.仿真模型构建
（1）仿真软件选择:
3D建模软件：SolidWorks，用于构建钻头实体模型
有限元分析软件: ABAQUS，用于分析切屑流动和应力分布
（2）模型构建:
钻头模型
土壤模型:构建不同类型土壤模型，模拟土壤的密度、粘性、摩擦系数等
3. 仿真参数设置:
钻削参数:钻头转速、切削深度
土壤参数:土壤密度、粘性、摩擦系数
4.仿真分析
分析排屑过程:
切屑流动路径:分析切屑在排屑通道内的流动路径，识别潜在的堵塞点
切屑流动速度:分析切屑的流动速度，评估排屑效率。
切屑堆积情况:分析切屑在排屑装置内的堆积情况，判断是否会影响排屑效率。
5. 识别排屑问题:
堵塞:分析排屑通道堵塞的原因，例如切屑尺寸过大、切屑堆积、排屑通道设计不合理等。
堆积:分析切屑堆积的原因，例如排屑效率过低、切屑粘性过高、排屑口设计不合理等。
图1 PDC钻头模型
- 选择上视图，绘制草图，通过拉伸工具绘制出凸台形钻头主体
图2 上视图绘制草图
- 选择侧视图，绘制钻头切削面的轮廓，使用切除工具依次裁除多余部分，并给面与面之间添加倒角
图3 侧视图
- 选择一个基面，绘制钻牙轮廓，拉伸得到钻牙，再使用阵列得到多个钻牙
图4 阵列获得多个钻牙
- 2.模型导入化简组装
- 将SolidWorks模型转化成stp格式，导入abaqus，并对导入的钻头主体和钻牙重新进行装配
5 导入模型重新装配
（1）在abaqus中建立如图所示的立方块，使用阵列功能得到多层结构的土壤模型
→→）（）
化简组装
图6 土壤模型
4.手动装配钻头和土壤模型建立实例并分别划分网格
（1）布种
图7 布种
（2）指派网格属性并划分网格
图8 指派网格属性
图9 划分网格
5.材料属性
（1）钻头选用国标42CrMo钢
图10 钻头材料属性
选择原因：42CrMo钢材从材料分类上来说属于合金结构钢，具有良好的机械性能及可加工性
（2）土壤材料选择多层不同类型材质土壤，模拟地质复杂多变的情况
图11 土壤材料属性
6.设置分析步、相互作用
（1）选择动力-显式
图12 动力-显式模式
这种方法适用于高速动态问题，模拟机械加工，计算效率高，占内存小
（2）相互作用选择通用接触
图13 选择相互作用
- 将土壤模型块通过表面-表面绑定
图14 土壤模型绑定
7.载荷设置
（1）将土壤模型固定模拟大地
图15 土壤固定
（2）设置钻头两个自由度位移/旋转
图16 钻头自由度设置
8.计算结果
图17 计算结果
根据动力-显式计算的分析步结果
9.可视化及结果分析
（1）切屑流动路径：
图18 切屑径向流动
动画显式切屑往钻头径向流出
（2）切屑流动速度及堆积情况：
图19 切屑速度云图1
图20 切屑速度云图2
选取不同截面，由速度云图可知中心处速度较高，四周速度低，所以切屑会往四周堆积
1.如何排屑
由于切屑向四周堆积，可以采用螺旋式排屑，根据PDC钻头自身结构，直接利用旋转将切屑输送到地面
2.如何提高排屑效率
在不同钻头转速下，导出单位切屑速度-时间图，由图可知，在钻头转速相对快时，切屑溢出速度快，所以可以通过提高钻头钻速来提高排屑效率。另外，可利用压缩空气、振动装置进行排屑辅助，防止堵塞
图21 不同单位切屑速度-时间图
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