Optimización de la geometría en la soldadura de blindaje para estabilizadores de perforación por medio de simulación DEM-FEM

Abstract

El presente trabajo de investigación se centró en el diseño y selección de la geometría óptima para la soldadura de blindaje sobre los estabilizadores utilizados en perforación en la industria minera y construcción para la perforación de túneles. Para ello se realizó un análisis por elementos discretos acoplado al análisis de elementos finitos considerando condiciones fijas como velocidad de rotación, fuerza de empuje, torque de perforación y características físico mecánicas de las roca a perforar por el método Raise borer. La caracterización de la roca se realizó en laboratorio por medio del ensayo de compresión triaxial y el ensayo de compresión no confinada. Se obtuvo como resultados valores que cuentan con un error menor al 5% con respecto a los resultados que se obtuvieron otros estudios similares de rocas. La simulación por elementos discretos se realizó por medio de Rocky-DEM y se consideró como variable principal la orientación y ángulos de inclinación del cordón de soldadura. El método por elementos discretos brindó las coordenadas locales, orientación y la magnitud de las fuerzas generadas al impacto entre la roca y la superficie de la soldadura de blindaje. Posteriormente, por medio del método de elementos finitos se analizó los esfuerzos resultantes sobre el estabilizador. Con el análisis realizado se logró seleccionar la geometría con forma cascada por su distribución de esfuerzo homogéneo sobre los cordones de soldadura, lo que refleja un desgaste uniforme sobre la superficie y la anulación de zonas críticas en dónde ocurriría desgaste prematuro.