本发明属于破岩模拟，具体涉及一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法及系统。
背景技术：
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
2、定向钻进技术常应用于隧道工程中的地质勘察和灾害处置、煤矿领域的含水层改造、市政领域的管道铺设等，定向钻进技术拥有广泛的发展前景。其中，在隧道地质勘察与灾害处置方面，钻进速率会对工期进度产生重要影响，尤其是在地质灾害处置过程中，为避免灾害范围扩大，造成人员伤亡，提高定向钻进过程中的钻进效率尤为重要。
3、为提高千米定向钻的钻进效率，当前已发展了复合冲击钻进技术，即通过对pdc(po l ycrysta l l i ne di amond compact)钻头施加轴向和扭向冲击荷载的形式来提高破岩效率。但是，由于复合冲击过程复杂，其运动模型具有高度的复杂性和非线性，面临复合冲击模型试验复杂，难以准确复现破岩过程、原位试验成本高等难题，导致复合冲击破岩过程中最优工作参数分析方法不成熟，常造成定向钻施工过程中钻进效率较低、钻头的寿命较短等问题。
技术实现思路
1、本发明为了解决上述问题，提出了一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法及系统，本发明能够提高破岩效率、延长pdc钻头使用寿命。
2、根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
3、一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，包括以下步骤：
4、获取施工现场地层的施工参数；
5、基于地层的施工参数信息，分别计算不同钻齿参数下的破岩效果；
6、拟合施工参数-钻齿参数曲线，确定最优钻齿设计和布设参数；
7、待钻齿参数优化完成后，基于优化好的钻齿参数、地层参数信息分别计算不同钻进参数下的破岩效果；
8、拟合施工参数-钻进参数曲线，确定最优施工参数。
9、作为可选择的实施方式，所述施工参数包含地层的岩性、密度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角中的若干。
10、作为可选择的实施方式，所述钻齿参数包括钻齿倾斜角度、切入深度、轴向冲击速度、扭转冲击速度和冲击作用周期中的若干。
11、作为可选择的实施方式，所述钻进参数包含钻压、转速、扭矩、轴向冲击速度和扭转冲击速度中的若干。
12、作为可选择的实施方式，基于地层的施工参数信息，分别计算不同钻齿参数下的破岩效果的具体过程包括建立fem-dem耦合岩层模型，对所述fem-dem耦合岩层模型，施加不同钻齿参数，监测钻齿破岩过程中的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数值。
13、作为进一步的实施方式，将冲击速度分别进行周向和扭转方向的分解，并使冲击速度随着时间的变化而呈正弦周期性函数而变化。
14、作为可选择的实施方式，拟合施工参数-钻齿参数曲线的具体过程包括：根据获取的钻齿破岩过程中的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数值，拟合不同工况下的施工参数-钻齿参数曲线，根据拟合的曲线，确定最优钻齿设计和布设参数。
15、作为可选择的实施方式，分别计算不同钻进参数下的破岩效果的具体过程包括在确定的钻齿参数、地层参数信息下，改变钻进参数，检测fem-dem耦合岩层模型的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数值。
16、作为可选择的实施方式，拟合施工参数-钻进参数曲线，确定最优施工参数的具体过程包括，基于获取的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数值，拟合不同工况下的参数曲线，根据拟合的曲线，确定最优施工参数。
17、一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟系统，包括：
18、参数获取模块，被配置为获取施工现场地层的施工参数；
19、复合冲击单钻齿参数优化子系统，被配置为基于地层的施工参数信息，分别计算不同钻齿参数下的破岩效果；拟合施工参数-钻齿参数曲线，确定最优钻齿设计和布设参数；
20、复合冲击全钻头钻进参数优化子系统，被配置为待钻齿参数优化完成后，基于优化好的钻齿参数、地层参数信息分别计算不同钻进参数下的破岩效果；拟合施工参数-钻进参数曲线，确定最优施工参数。
21、作为进一步的，所述复合冲击单钻齿参数优化子系统，包括：
22、参数控制模块，用于设置重力加速度方向及参数、虚拟质量开关、大变形计算开关、接触开关、输出时间间隔和不平衡率；
23、模型导入模块，用于导入pdc钻齿和fem-dem耦合岩层模型；
24、模型参数设定模块，用于对导入模型的密度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角的参数设定；
25、钻齿运动状态设定模块，用于可设定钻齿速度、切入深度、轴向冲击速度、扭转冲击速度和冲击作用周期；
26、参数后处理模块，用于监测钻齿破岩过程中的钻齿受力、破岩体积和破碎比能参数，并拟合不同工况下的参数曲线。
27、作为进一步的，所述复合冲击全钻头钻进参数优化子系统，包括：
28、参数控制模块，用于设置重力加速度方向及参数、虚拟质量开关、大变形计算开关、接触开关、输出时间间隔和不平衡率；
29、模型导入模块，用于导入pdc钻齿和fem-dem耦合岩层模型；
30、模型参数设定模块，用于为导入模型的密度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角参数设定；
31、pdc全钻头钻进参数设定模块，用于设定钻压、转速、扭矩、轴向冲击速度和扭转冲击速度的钻进参数。
32、参数后处理模块，用于监测钻齿破岩过程中的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数，并拟合不同工况下的参数曲线。
33、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
34、本发明能够实现复合冲击单钻齿参数优化，以及复合冲击全钻头钻进参数优化，提高破岩效率、延长pdc钻头使用寿命。
35、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
1.一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，其特征是，所述施工参数包含地层的岩性、密度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力和内摩擦角中的若干。
3.如权利要求1所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，其特征是，所述钻齿参数包括钻齿倾斜角度、切入深度、轴向冲击速度、扭转冲击速度和冲击作用周期中的若干。
4.如权利要求1所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，其特征是，所述钻进参数包含钻压、转速、扭矩、轴向冲击速度和扭转冲击速度中的若干。
5.如权利要求1所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，其特征是，基于地层的施工参数信息，分别计算不同钻齿参数下的破岩效果的具体过程包括建立fem-dem耦合岩层模型，对所述fem-dem耦合岩层模型，施加不同钻齿参数，监测钻齿破岩过程中的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数值。
6.如权利要求5所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，其特征是，将冲击速度分别进行周向和扭转方向的分解，并使冲击速度随着时间的变化而呈正弦周期性函数而变化；根据获取的钻齿破岩过程中的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数值，拟合不同工况下的施工参数-钻齿参数曲线，根据拟合的曲线，确定最优钻齿设计和布设参数。
7.如权利要求1所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟方法，其特征是，分别计算不同钻进参数下的破岩效果的具体过程包括在确定的钻齿参数、地层参数信息下，改变钻进参数，检测fem-dem耦合岩层模型的钻齿受力、破岩体积和破碎比能的参数值；
8.一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟系统，其特征是，包括：
9.如权利要求8所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟系统，其特征是，所述复合冲击单钻齿参数优化子系统，包括：
10.如权利要求8所述的一种适用于千米定向钻的复合冲击快速破岩模拟系统，其特征是，所述复合冲击全钻头钻进参数优化子系统，包括：
