针对试验条件的苛刻性,以及仿真模型建立过程的复杂性,基于ABAQUS软件平台,使用Python语言开发了PDC单齿和三牙轮齿圈破岩仿真实验系统,可以有效提高石油钻头破岩性能的研究效率。首先通过仿真模拟验证了系统的正确性,并进一步研究得出:(1)由于材料性质的差异,应力及温度在PDC层和基体之间产生了较大波动;(2)随着前倾角的增大,PDC切削齿与岩石的接触面积逐渐增大,从而切削力随之增大;(3)单齿圈破岩量随移轴距、转速和钻压的增大而增大,且钻压对破岩量影响最大;(4)勺型齿的吃入岩石能力最强,锥型齿次之,楔型齿最弱。勺型齿的破岩过程更加稳定,锥型齿更易挤压岩石形成密实区。通过正确性验证与实际应用充分证明了该系统可实现破岩仿真模型的快速建立,有效地提高了钻头破岩性能的研究效率。最后通过编写Python脚本,实现了PDC全齿的参数化建模,仿真模拟得出沿钻头包络线向两侧方向切削齿扭矩逐渐减小,钻头底部切削齿的切削面积大于侧翼切削齿切削面积,使得钻头底部切削齿的切削力远大于侧翼切削齿的切削力;通过三牙轮钻头全齿仿真模拟得出次外齿圈是决定轮体速比的关键因素,钻压对轮体速比影响较大,转速对轮体速比几乎无影响。