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Zur Ratenabhängigkeit des Gesteinsschneidprozesses beim Tiefbohren
Über dieses Buch
Diese Arbeit beschreibt die Weiterentwicklung einer Partikelmethode zur Modellierung und Untersuchung des ratenabhängigen Gesteinsschneidprozesses und der daraus resultierenden selbsterregten hochfrequenten Torsionsschwingungen beim Tiefbohren. Ziel ist es, die experimentell beobachtete Ratenabhängigkeit durch gezielte Modifikationen des Ausgangsmodells realitätsnah nachzubilden und die Erkenntnisse zur Selbsterregung des Bohrstrangs zu vertiefen.Als Ausgangsmodell wird eine spezielle zweidimensionale Version des Bonded-Particle-Modells aus einer früheren Arbeit verwendet. Zudem wird die vorhandene Simulationsinfrastruktur für den untertägigen Gesteinsschneidprozess ausgebaut. Dies beinhaltet die verbesserte Interpretation der Simulationsergebnisse sowie die Erweiterung der Randbedingungen.Die anschließende Modellmodifikation basiert auf der gemessenen Schnittgeschwindigkeitsabhängigkeit der axialen Schnittkraft in Einzelschneidversuchen. Es werden mehrstufige Modifikationsstrategien entwickelt und überprüft. Dabei wird die Wirksamkeit der Ansätze mit schnittgeschwindigkeitsabhängigen Modellparametern bestätigt.Im Anwendungsteil wird der Zusammenhang zwischen der mit zunehmender Geschwindigkeit abfallenden Widerstandskennlinie bei der Meißel-Gestein-Interaktion und der simulierten Ratenabhängigkeit untersucht. Anschließend werden die aus der Partikelsimulation abgeleiteten Kraftrandbedingungen mit einem modal reduzierten Bohrstrangmodell gekoppelt, um so durch Stabilitätsanalyse oder Zeitbereichsanalyse konsistente Aussagen über den Einfluss unterschiedlicher Schneidengeometrien auf die Selbsterregung zu treffen zu können. Darauf aufbauend werden Empfehlungen der Schneiden zur Vermeidung der betrachteten unerwünschten Bohrstrangschwingungen gegeben.
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