[en] 3D ANALYTICAL MODEL FOR CUTTING APPLIED IN THE DETERMINATION OF ROCK PROPERTIES THROUGH SIMPLE CUTTING TESTS

• Main Author: DANIEL DUQUE ESTRADA F DE MELO
• Other Authors: ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA
• Language: pt
• Published: MAXWELL 2015
• Subjects: [pt] CORTE EM ROCHA; [en] ROCK CUTTING; [pt] ANGULOS DE CORTE; [pt] PROPRIEDADES DE ROCHAS
• Online Access: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=24352@1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=24352@2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.24352

[pt] A mecânica do corte de rochas vem sendo estudada a fim de proporcionar um melhor entendimento do processo de perfuração. A energia de corte é principalmente dependente da orientação do cortador e das propriedades da rocha. Foi previamente relatado na literatura que a energia específica de corte é fortemente dependente dos ângulos de inclinação posterior (backrake) e lateral (siderake) da broca. Embora existam boas tentativas de desenvolver uma solução analítica para descrever o processo de corte da rocha, os efeitos do ângulo de inclinação lateral não são levados em conta na maioria dos modelos. Esta dissertação propõe uma solução analítica para o corte de rocha considerando ambos os ângulos de inclinação relevantes, tanto o backrake quanto o siderake. Um modelo de corte é proposto considerado cortadores afiados e desgastados, e as soluções obtidas são corroboradas através de uma investigação experimental com base no corte de argilas. Um estudo paramétrico para duas rochas hipotéticas é realizado empregando o novo modelo proposto, mostrando que backrakes e/ou siderakes maiores tendem a aumentar exponencialmente a energia específica de corte. Todavia, a influência do backrake é fortemente dependente do ângulo de atrito interno da rocha. Os efeitos da profundidade de corte e pressão de confinamento também são investigados. Além disso, os efeitos do desgaste do cortador são apresentados através do diagrama de E-S. === [en] Rock cutting mechanics has been studied in order to better understand drilling process in cutter scale. The cutting energy is mainly dependent of cutter orientation and rock properties. It was previously reported in the literature that specific energy is strongly dependent of backrake and siderake. Although there have been good attempts to develop an analytical solution to describe the cutting process, the siderake effects are not taken into account. This Thesis proposes an analytical solution for the rock cutting considering both backrake and siderake. The proposed model is considered for sharp and blunt cutters and the solution agrees with preliminary experimental investigation based on the cutting action of clays. With the new model, a parametric study for two hypothetical rocks is made, showing that higher backrakes and/or siderakes increase the specific energy in an exponential-like trend. The backrake effect is strongly dependent of the rock internal friction angle though. The effects depth of cut and confining pressure were also investigated. Moreover, the effects of cutter bluntness are presented through the E-S diagram.