Damage Evolution Under Cyclic Dynamic Loading in Rocks During Drilling

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.1051/e3sconf/202673901006
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

The damage evolution in rocks under cyclic dynamic loading is critical for optimizing percussive drilling operations in mining, oil and gas, and geothermal applications. This study investigates the progressive fatigue damage in granite, sandstone, and limestone subjected to repeated impact loading using a modified Split Hopkinson Pressure Bar system that simulates drilling stress pulses. Through multi-parameter monitoring including stress-strain response, acoustic emission, ultrasonic pulse velocity, three distinct damage stages were identified: initial compaction, stable crack propagation, and accelerated damage leading to failure. The damage variable, defined via elastic modulus degradation, exhibited a nonlinear sigmoidal increase with cycle number and cumulative dissipated energy, strongly influenced by impact energy, frequency, confining pressure, and rock type. Energy analysis revealed that the dissipation ratio rose sharply from ~0.25 in early cycles to over 0.70 near failure, correlating closely with crack coalescence. These findings link micro-crack growth under repeated compression-tension waves to macroscopic degradation at the bit-rock interface. A power-law damage evolution model is proposed, offering practical implications for predicting rate of penetration, reducing bit wear, and assessing borehole stability. The results advance the understanding of fatigue mechanisms in percussive drilling and provide guidelines for parameter optimization.