CN117290928A - 基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及隧道围岩力学参数数据处理领域，具体涉及一种基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法及装置，提高了围岩物理力学参数的全面性。方案包括：在对应围岩等级范围内按梯度选取多组弹性模量和泊松比，计算出其余围岩物理力学参数；根据设定参数计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载；建立三维数值模型，三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型；将围岩物理力学参数输入隧道围岩模型，将钻头转速、冲击荷载以及推进荷载施加到钻头上计算钻进速度；在计算得到的多组钻进速度中选取与实际钻进速度差值最小的一组围岩物理力学参数，计算结束并得到该组随钻参数的围岩物理力学参数反演值。本发明适用于隧道围岩力学参数的反演。
Description
技术领域
本发明涉及隧道围岩力学参数数据处理领域，具体涉及一种基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法及装置。
背景技术
围岩物理力学参数在隧道设计以及施工阶段都占据着非常重要的地位。在隧道设计阶段，围岩物理力学参数能为隧道结构设计提供重要的参考依据，也有助于更好地结合力学计算和实际情况，使设计更加经济合理。在隧道施工阶段，通过围岩物理力学参数的计算和分析，可以评估围岩的稳定性和支护措施的效果，为选择适当的施工方法和工艺提供重要的技术依据，从而提高施工效率和工程质量。
随着数据处理与存储技术的发展，钻孔过程监测技术使得岩体钻进信息的实时采集变得更加容易。钻进已经不再仅仅是一种施工操作，它可被用于评价钻进地层的一种原位测量方法和技术。大量的研究表明随钻参数可以有效用于地层评价。但目前通过试验得出的结果多为随钻参数与单轴抗压强度的关系模型，得到围岩物理力学参数不全面，也不够准确，难以满足设计施工要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法及装置，获得了更加准确的围岩物理力学参数，提高了围岩物理力学参数的全面性。
本发明采取如下技术方案实现上述目的，本发明提供一种基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，所述反演包括：
S1、通过地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，在对应围岩等级范围内按梯度选取多组弹性模量和泊松比，并计算出其余围岩物理力学参数；
S2、根据设定参数计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载；
S3、建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型；
S4、将围岩物理力学参数输入隧道围岩模型，将获取的钢材参数输入钻头模型，同时将钻头转速、冲击荷载以及推进荷载施加到钻头上计算钻进速度；
S5、在计算得到的多组钻进速度中选取与实际钻进速度差值最小的一组围岩物理力学参数，计算结束并得到该组随钻参数的围岩物理力学参数反演值。
进一步的是，步骤S1具体包括：
通过掌子面地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，根据铁路隧道设计规范中各级围岩的物理力学指标表，在对应围岩等级范围内按梯度选取五组弹性模量和泊松比，根据经验公式计算出其余围岩物理力学参数。
进一步的是，通过掌子面地质素描查找随钻参数对应的围岩等级具体包括：
在随钻参数的表格中，找到该随钻参数对应的隧道掌子面里程，根据隧道掌子面里程，找到掌子面地质素描与随钻参数匹配，匹配完后对随钻参数的围岩级别进行标定。
进一步的是，根据经验公式计算出其余围岩物理力学参数具体包括：
根据在围岩等级范围内按梯度选取的弹性模量以及泊松比，通过经验公式得到单轴抗压强度；
根据单轴抗压强度通过经验公式得到单轴受压屈服强度；
通过联立M-C准则换算D-P准则中M-C内角点外接圆公式以及M-C准则的变形公式，计算得到粘聚力以及内摩擦角。
进一步的是，步骤S2具体包括：
通过推进油缸活塞后端直径、钻具转速、冲击油缸活塞后端直径、冲击油缸活塞前端直径、冲击油缸冲击行程以及冲击油缸活塞质量计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载。
进一步的是，步骤S2具体包括：
通过推进油缸活塞后端直径计算得到钻头的推进荷载；
通过钻具转速计算换算得到钻头转速；
通过冲击油缸活塞后端直径、冲击油缸活塞前端直径、冲击油缸冲击行程以及冲击油缸活塞质量计算得到钻头的冲击荷载，并通过幅值设置钻头的冲击频率。
进一步的是，步骤S3具体包括：
通过数值分析软件建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型。
通过数值分析软件建立三维数值模型具体包括：
创建三维模型，使用数值模拟分析软件提供的几何建模工具创建三维模型；
分配材料属性，根据材料类型，选择对应的材料模型，并为材料模型分配材料属性，所述材料属性包括弹性模量、泊松比以及密度；
网格生成，对三维模型进行网格划分，将其离散化为有限元单元，并选择对应的网格密度和单元类型；
定义边界条件，根据分析要求，定义三维模型的边界条件，所述边界条件包括约束围岩模型位移、给钻头施加转速；并定义三维模型的载荷条件，推进荷载以及冲击荷载；
定义分析步，根据分析目标，定义对应的分析步，所述分析步为静态分析、模态分析或动态响应分析，并设置分析步的时间范围以及时间步长；
运行分析，启动数值模拟分析软件分析器，运行三维模型，并监控分析的进展；
结果后处理，分析完成后，使用数值模拟分析软件提供的后处理工具对结果进行分析和可视化，查看应力、位移以及振动模态结果，以评估模型的响应和性能。
本发明还提供一种基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演装置，所述反演装置包括：
参数获取模块，用于通过地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，在对应围岩等级范围内按梯度选取多组弹性模量和泊松比，并计算出其余围岩物理力学参数；
荷载获取模块，用于根据设定参数计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载；
模型建立模块，用于建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型；
钻进速度获取模块，用于将围岩物理力学参数输入隧道围岩模型，将获取的钢材参数输入钻头模型，同时将钻头转速、冲击荷载以及推进荷载施加到钻头上计算钻进速度；
反演模块，用于在计算得到的多组钻进速度中选取与实际钻进速度差值最小的一组围岩物理力学参数，计算结束并得到该组随钻参数的围岩物理力学参数反演值。
进一步的是，所述模型建立模块具体用于，
创建三维模型，使用数值模拟分析软件提供的几何建模工具创建三维模型；
分配材料属性，根据材料类型，选择对应的材料模型，并为材料模型分配材料属性，所述材料属性包括弹性模量、泊松比以及密度；
网格生成，对三维模型进行网格划分，将其离散化为有限元单元，并选择对应的网格密度和单元类型；
定义边界条件，根据分析要求，定义三维模型的边界条件，所述边界条件包括约束围岩模型位移、给钻头施加转速；并定义三维模型的载荷条件，推进荷载以及冲击荷载；
定义分析步，根据分析目标，定义对应的分析步，所述分析步为静态分析、模态分析或动态响应分析，并设置分析步的时间范围以及时间步长；
运行分析，启动数值模拟分析软件分析器，运行三维模型，并监控分析的进展；
结果后处理，分析完成后，使用数值模拟分析软件提供的后处理工具对结果进行分析和可视化，查看应力、位移以及振动模态结果，以评估模型的响应和性能。
本发明的有益效果为：
1.成本低效益高，相对于实验研究或实际试验，基于随钻参数的隧道围岩物理力学参数的反演技术更加经济高效。它不需要大量的物理设备、材料和人力资源，减少了成本和时间投入。
2.可控性强，可重复性高，基于随钻参数的隧道围岩物理力学参数的反演技术可以精确控制和调整模型参数、边界条件和输入信号，从而提供更多的灵活性和可重复性。相同的模型可以多次运行，以研究不同的情况和参数设置。
3.可以实时监测和数据获取，基于随钻参数的隧道围岩物理力学参数的反演技术可以提供实时监测和数据记录，使研究人员能够在模拟过程中获取详细的信息和结果。这些数据可以用于进一步的分析和优化设计。
4.基于随钻参数的隧道围岩物理力学参数的反演技术可以处理各种规模和复杂性的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的冲击旋转推进破岩力学模型示意图；
图2是本发明实施例提供的围岩模型尺寸图；
图3是本发明实施例提供的九齿球形钻头计算模型；
图4是本发明实施例提供的冲击机构工作过程示意图；
图5是本发明实施例提供的凿岩台车推进机构示意图；
图6是本发明实施例提供的各屈服准则在π平面上的曲线；
图7是本发明实施例提供的钻头钻进的时间—位移曲线；
图8是本发明实施例提供的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法流程图；
附图中:1—缸体，2—活塞，3—蓄能器，4—套阀，5—右推阀面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供一种基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，如图8所示，该反演包括：
S1、通过地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，在对应围岩等级范围内按梯度选取多组弹性模量和泊松比，并计算出其余围岩物理力学参数；
S2、根据设定参数计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载；
S3、建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型；
S4、将围岩物理力学参数输入隧道围岩模型，将获取的钢材参数输入钻头模型，同时将钻头转速、冲击荷载以及推进荷载施加到钻头上计算钻进速度；
S5、在计算得到的多组钻进速度中选取与实际钻进速度差值最小的一组围岩物理力学参数，计算结束并得到该组随钻参数的围岩物理力学参数反演值。
在本发明的一种实施例中，步骤S1具体包括：
通过掌子面地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，根据铁路隧道设计规范中各级围岩的物理力学指标表，在对应围岩等级范围内按梯度选取五组弹性模量和泊松比，根据经验公式计算出其余围岩物理力学参数。
在本发明的一种实施例中，通过掌子面地质素描查找随钻参数对应的围岩等级具体包括：
在随钻参数的表格中，找到该随钻参数对应的隧道掌子面里程，根据隧道掌子面里程，找到掌子面地质素描与随钻参数匹配，匹配完后对随钻参数的围岩级别进行标定。
在本发明的一种实施例中，根据经验公式计算出其余围岩物理力学参数具体包括：
根据在围岩等级范围内按梯度选取的弹性模量以及泊松比，通过经验公式得到单轴抗压强度；
根据单轴抗压强度通过经验公式得到单轴受压屈服强度；
通过联立M-C准则换算D-P准则中M-C内角点外接圆公式以及M-C准则的变形公式，计算得到粘聚力以及内摩擦角。
在本发明的一种实施例中，步骤S2具体包括：
通过推进油缸活塞后端直径、钻具转速、冲击油缸活塞后端直径、冲击油缸活塞前端直径、冲击油缸冲击行程以及冲击油缸活塞质量计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载。
在本发明的一种实施例中，步骤S2具体包括：
通过推进油缸活塞后端直径计算得到钻头的推进荷载；
通过钻具转速计算换算得到钻头转速；
通过冲击油缸活塞后端直径、冲击油缸活塞前端直径、冲击油缸冲击行程以及冲击油缸活塞质量计算得到钻头的冲击荷载，并通过幅值设置钻头的冲击频率。
在本发明的一种实施例中，步骤S3具体包括：
通过数值分析软件建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型。
通过数值分析软件建立三维数值模型具体包括：
创建三维模型，使用数值模拟分析软件提供的几何建模工具创建三维模型，需要确保模型的几何形状和尺寸准确无误。
分配材料属性，根据材料类型，选择对应的材料模型，并为材料模型分配材料属性，所述材料属性包括弹性模量、泊松比以及密度；这些属性可通过实验数据或文献资料获得。
网格生成，对三维模型进行网格划分，将其离散化为小的有限元单元。选择适当的网格密度和单元类型，以平衡计算效率和精度。
定义边界条件，根据分析要求，定义三维模型的边界条件，所述边界条件包括约束围岩模型位移、给钻头施加转速；并定义三维模型的载荷条件，推进荷载以及冲击荷载；确保边界条件与实际问题相符合，并考虑模型的对称性或周期性等特征。
定义分析步，根据分析目标，定义对应的分析步，所述分析步为静态分析、模态分析或动态响应分析，并设置分析步的时间范围以及时间步长；
运行分析，启动数值模拟分析软件分析器，运行三维模型，并监控分析的进展；根据模型的复杂性和计算资源的可用性，分析的运行时间可能会有所不同。
结果后处理，分析完成后，使用数值模拟分析软件提供的后处理工具对结果进行分析和可视化，查看应力、位移以及振动模态结果，以评估模型的响应和性能。
本发明冲击旋转推进破岩力学如图1所示，凿岩台车钻进包含推进、冲击、旋转、冲洗四个动作，其中对围岩起破坏作用主要是冲击、旋转、推进。其中冲击主要起破岩作用，特点是冲击激励参量的幅值变化快，持续时间短，能在极短时间内传递能量并产生很大的冲击力；旋转主要有两个功能，剪切岩石(剪切剥落已经破碎附着于岩壁上的岩石)和排出碎石(旋转能带动碎石运动并从空隙排出)；推进主要作用是保证钻头和围岩的良好接触，同时保证钻头不空打、空转；冲洗主要起辅助作用，主要有三个功能，即及时冲洗破碎岩渣、降低钻头温度、减少粉尘。
图2为围岩模型具体尺寸图，在数值模拟分析软件中建立尺寸为200mm×200mm×200mm的围岩模型。为兼顾计算的准确性和效率，围岩模型的网格划分依据内密外疏的原则，其中核心区域整体尺寸为50mm×50mm×200mm，核心区域的网格尺寸2.5mm×2.5mm×2.56mm。
围岩本构模型采用Drucker-Prager模型，即线弹性模型和扩展Drucker-Prager破坏准则联合使用的一种理想弹塑性模型，这种模型被广泛应用于岩土力学数值计算分析中。
图3为九齿球形钻头计算模型图，依据凿岩台车常用的的九齿球钻，在数值模拟分析软件中建立最外圈直径为50mm的钻头模型。
其中钻头材料基本参数通过调研得到，如表1示。
表1钻头模型所用材料基本参数
| 模型材料 | 密度(kg/m3) | 弹性模量(GPa) | 泊松比 | 传导率 |
| 钻头 | 7870 | 206 | 0.3 | 45 |
图4为凿岩机工作过程示意图冲击机构工作过程按照活塞在缸体的运动方式可分为冲程和回程，冲程活塞自缸体底部向纤尾方向运动，回程活塞远离纤尾至油缸底部；其中冲程又可细分为冲程(加速向前运动阶段)和冲程换向(撞击纤尾)，回程可细分为回程(加速向后运动阶段)和回程换向(减速向后运动阶段)。
表2冲击荷载计算所需参数
根据表2的设计参数计算得到加速向前运动阶段的加速度为：
式中，ah为冲程阶段加速度，单位m/s2；Ph为冲击油缸前腔、后腔压力，也是冲击时进油口压力，也是监测的钻进参数冲击压力，单位Pa；DhA为活塞后端直径，单位m；DhB为活塞前端直径，单位m；mh为活塞质量，单位kg。
由加速度以及冲击行程可以计算得到冲击阶段时间，计算公式如下：
式中，Sh为冲击行程，单位m；vh为冲程阶段结束时的速度，单位m/s。
根据下式求出冲击荷载：
式中，Fh为冲击荷载，单位N；th为凿岩机冲击纤尾的时间，单位s，数值为0.0005。
图5为凿岩台车推进机构示意图，凿岩台车推进机构采用的是液压缸—钢丝绳推进方式，推进油缸活塞杆固定，缸筒上连接滑轮1和滑轮2，凿岩机分别与1号钢丝绳和2号钢丝绳连接，油缸推进时带动滑轮1和滑轮2前进，通过钢丝绳带动凿岩机前进，滑轮1和滑轮2均为动滑轮，所以凿岩机行程是油缸行程的2倍，凿岩机推力是油缸推力的1/2。
油缸推力计算公式为：式中，Ffc为油缸推力，单位N；Pf为活塞推进油缸后腔压力，也是推进油缸进油口压力，即监测的钻进参数推进压力，单位Pa；Df为推进油缸活塞直径，单位m。
根据凿岩台车推进机构示意图，凿岩台车推进荷载计算公式如下：
式中，Ff为凿岩台车推进荷载，单位N。
回转压力为被动参数，即回转压力大小并不能单独设置。而回转速度在钻进过程中一般维持稳定，钻进速度由钻具转速换算得到，计算公式如下：
式中，Vr为回转速度，单位rad/s。
弹性模量与单轴抗压强度的经验公式如表3：
表3弹性模量与单轴抗压强度的经验公式
图6为各屈服准则在π平面上的曲线，在材料参数设置中，围岩本构模型采用是Drucker-Prager模型，而粘聚力和内摩擦角却属于Mohr-Coulomb模型。为了使岩石的粘聚力和内摩擦角能参与Drucker-Prager模型运算，需要建立M-C模型参数与D-P模型参数的换算。
由于M-C准则在三维空间的屈服面为不规则的六角形截面的角锥体表面，在π平面上的图形存在尖顶和菱角，给数值计算带来困难。为此，前人对其做了大量的修正，在π平面上用光滑曲线来逼近M-C准则。图7为各屈服准则在π平面上的曲线，表4为各准则参数换算表。
表4各准则参数换算表
对于上述任何屈服准则，只需将对应的α、k带入即可得到计算公式：
式中，β为D-P的内摩擦角，单位度；σc为单轴屈服应力。
考虑到M-C内角点外接圆方法可以提供相对较高的计算精度，本次计算准则选取DP2。带入公式得到：
根据M-C准则，计算可得到以下公式，根据调研，岩石的单轴屈服强度约为单轴抗压强度的50％,通过联立方程组可求得内摩擦角φ以及粘聚力c。
图7为钻头的时间历程曲线，根据上图的位移和时间便可得到钻进速度，钻进速度的计算公式如下：
式中，vp为钻进速度，x0为钻头的起始位移，x1为钻头的终止位移，t0为起始时间，t1为终止时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，所述反演方法包括：
S1、通过地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，在对应围岩等级范围内按梯度选取多组弹性模量和泊松比，并计算出其余围岩物理力学参数；
S2、根据设定参数计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载；
S3、建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型；
S4、将围岩物理力学参数输入隧道围岩模型，将获取的钢材参数输入钻头模型，同时将钻头转速、冲击荷载以及推进荷载施加到钻头上计算钻进速度；
S5、在计算得到的多组钻进速度中选取与实际钻进速度差值最小的一组围岩物理力学参数，计算结束并得到该组随钻参数的围岩物理力学参数反演值。
2.根据权利要求1所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
通过掌子面地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，根据铁路隧道设计规范中各级围岩的物理力学指标表，在对应围岩等级范围内按梯度选取五组弹性模量和泊松比，根据经验公式计算出其余围岩物理力学参数。
3.根据权利要求2所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，通过掌子面地质素描查找随钻参数对应的围岩等级具体包括：
在随钻参数的表格中，找到该随钻参数对应的隧道掌子面里程，根据隧道掌子面里程，找到掌子面地质素描与随钻参数匹配，匹配完后对随钻参数的围岩级别进行标定。
4.根据权利要求2所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，根据经验公式计算出其余围岩物理力学参数具体包括：
根据在围岩等级范围内按梯度选取的弹性模量以及泊松比，通过经验公式得到单轴抗压强度；
根据单轴抗压强度通过经验公式得到单轴受压屈服强度；
通过联立M-C准则换算D-P准则中M-C内角点外接圆公式以及M-C准则的变形公式，计算得到粘聚力以及内摩擦角。
5.根据权利要求1所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
通过推进油缸活塞后端直径、钻具转速、冲击油缸活塞后端直径、冲击油缸活塞前端直径、冲击油缸冲击行程以及冲击油缸活塞质量计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载。
6.根据权利要求5所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
通过推进油缸活塞后端直径计算得到钻头的推进荷载；
通过钻具转速计算换算得到钻头转速；
通过冲击油缸活塞后端直径、冲击油缸活塞前端直径、冲击油缸冲击行程以及冲击油缸活塞质量计算得到钻头的冲击荷载，并通过幅值设置钻头的冲击频率。
7.根据权利要求1所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
通过数值分析软件建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型。
8.根据权利要求7所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演方法，其特征在于，通过数值分析软件建立三维数值模型具体包括：
创建三维模型，使用数值模拟分析软件提供的几何建模工具创建三维模型；
分配材料属性，根据材料类型，选择对应的材料模型，并为材料模型分配材料属性，所述材料属性包括弹性模量、泊松比以及密度；
网格生成，对三维模型进行网格划分，将其离散化为有限元单元，并选择对应的网格密度和单元类型；
定义边界条件，根据分析要求，定义三维模型的边界条件，所述边界条件包括约束围岩模型位移、给钻头施加转速；并定义三维模型的载荷条件，推进荷载以及冲击荷载；
定义分析步，根据分析目标，定义对应的分析步，所述分析步为静态分析、模态分析或动态响应分析，并设置分析步的时间范围以及时间步长；
运行分析，启动数值模拟分析软件分析器，运行三维模型，并监控分析的进展；
结果后处理，分析完成后，使用数值模拟分析软件提供的后处理工具对结果进行分析和可视化，查看应力、位移以及振动模态结果，以评估模型的响应和性能。
9.基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演装置，其特征在于，所述反演装置包括：
参数获取模块，用于通过地质素描查找随钻参数对应的围岩等级，在对应围岩等级范围内按梯度选取多组弹性模量和泊松比，并计算出其余围岩物理力学参数；
荷载获取模块，用于根据设定参数计算钻头的钻头转速、冲击荷载以及推进荷载；
模型建立模块，用于建立三维数值模型，所述三维数值模型包括钻头模型和隧道围岩模型；
钻进速度获取模块，用于将围岩物理力学参数输入隧道围岩模型，将获取的钢材参数输入钻头模型，同时将钻头转速、冲击荷载以及推进荷载施加到钻头上计算钻进速度；
反演模块，用于在计算得到的多组钻进速度中选取与实际钻进速度差值最小的一组围岩物理力学参数，计算结束并得到该组随钻参数的围岩物理力学参数反演值。
10.根据权利要求9所述的基于随钻参数的隧道围岩力学参数的反演装置，其特征在于，所述模型建立模块具体用于，
创建三维模型，使用数值模拟分析软件提供的几何建模工具创建三维模型；
分配材料属性，根据材料类型，选择对应的材料模型，并为材料模型分配材料属性，所述材料属性包括弹性模量、泊松比以及密度；
网格生成，对三维模型进行网格划分，将其离散化为有限元单元，并选择对应的网格密度和单元类型；
定义边界条件，根据分析要求，定义三维模型的边界条件，所述边界条件包括约束围岩模型位移、给钻头施加转速；并定义三维模型的载荷条件，推进荷载以及冲击荷载；
定义分析步，根据分析目标，定义对应的分析步，所述分析步为静态分析、模态分析或动态响应分析，并设置分析步的时间范围以及时间步长；
运行分析，启动数值模拟分析软件分析器，运行三维模型，并监控分析的进展；
结果后处理，分析完成后，使用数值模拟分析软件提供的后处理工具对结果进行分析和可视化，查看应力、位移以及振动模态结果，以评估模型的响应和性能。
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