摘要：冰的力学性质是极地钻探极其重要的参数,主要包括压缩强度、抗拉强度、断裂韧度等。本文利用有限元数值模拟方法分析了刮削刀头切削破碎冰层特性,根据平均切削力和切削力变异系数来探究刮削刀头受力特征,并开展了切削工艺参数对刮削刀头切削破碎冰层效率的影响规律研究。数值模拟结果表明,(1)刮削刀头切削破冰过程中,在刀头前端有明显的应力集中现象,且在整个切削过程中,伴随着离散状冰屑的产生与四溅;(2)随着刮削刀头后倾角的增加,冰体塑性损伤程度增加、冰屑尺寸先减小后增大,随着切深的增加,塑性损伤程度增加,冰屑尺寸变化、飞溅范围也相应增大;(3)切削深度和后倾角的增加均会增大冰体的平均切削力,但后倾角在0°～15°、切深在1.0～3.0 mm这一范围内变化时波动小;(4)切削深度对切削力变异系数的影响显著于后倾角,小切深对应小切削力变异系数,但增大切深不代表变异系数一定升高。本研究成果可为极地钻探破冰中刮削刀头的设计提供理论依据。

关键字：刮削刀头;冰层钻进;数值模拟;变异系数;冰屑;极地钻探

ISSN号：1007-7073

卷、期、页：37卷01期:83-91

发表日期：2025-03-30

期刊分区（SCI为中科院分区）：无

收录情况：北大中文核心期刊,CSCD（中国科技引文期刊）（核心）

发表期刊名称：极地研究

通讯作者：孙金铭,陈晗,胡成涛

第一作者：史怀忠,赫文豪,王海柱,熊超

论文类型：期刊论文

论文概要：史怀忠,孙金铭,赫文豪,王海柱,熊超,陈晗,胡成涛，冰层钻具刮削刀头切削破碎冰层数值模拟研究，极地研究，2025，37卷01期:83-91

论文题目：冰层钻具刮削刀头切削破碎冰层数值模拟研究