本文選題：超聲取樣鉆　切入點(diǎn)：螺紋式　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)(北京)》2015年碩士論文

【摘要】：采樣是獲取月球、火星乃至其他星球土壤、巖石樣品的重要途徑。超聲取樣鉆基于壓電驅(qū)動(dòng),具有重量輕、體積小、功率小、無回轉(zhuǎn)部件、無需潤滑等特點(diǎn),克服了傳統(tǒng)取樣鉆重量大、功率大、需要旋轉(zhuǎn)力矩的局限性,滿足星外探測的需求。本文對比研究了不同聯(lián)接方式(螺紋式、插接式)對超聲取樣鉆的性能影響及其超聲取樣鉆碎巖機(jī)理,對超聲取樣鉆進(jìn)行了以下研究:對螺紋式超聲取樣鉆進(jìn)行了設(shè)計(jì)。超聲致動(dòng)器采用機(jī)電等效網(wǎng)絡(luò)法,結(jié)合致動(dòng)器在諧振狀態(tài)下工作是一個(gè)半波振子,得到頻率方程,求解得到超聲致動(dòng)器的尺寸參數(shù)。鉆桿為階梯型,使用有限元法進(jìn)行設(shè)計(jì)。用ANSYS對螺紋式超聲取樣鉆進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。通過模態(tài)、諧響應(yīng)分析,得到超聲取樣鉆的一階縱振頻率、響應(yīng)和位移幅頻特性曲線,以及得到超聲取樣鉆在結(jié)構(gòu)場中等效力。超聲取樣鉆與聲波鉆的碎巖機(jī)理相似:超聲波振動(dòng)使得以柔體彈簧的形式儲存能量,雖然鉆頭位移小,但振動(dòng)頻率高,沖擊速度較大。當(dāng)沖擊能量大于巖石破碎所需的能量時(shí),巖石就能破碎。與此同時(shí),得到鉆桿直徑越大,鉆桿對巖石沖擊作用越小。通過超聲取樣鉆的鉆探效果,可以得到自由質(zhì)量對超聲取樣鉆鉆進(jìn)有增強(qiáng)的效果,要比單純的高頻振動(dòng)效果強(qiáng)。因此,在超聲波取樣鉆中,自由質(zhì)量起著一個(gè)非常重要的作用:激勵(lì)柔體鉆桿振動(dòng)。超聲取樣鉆壓電陶瓷實(shí)驗(yàn)過程高頻應(yīng)變和電場變化存在發(fā)熱現(xiàn)象,不斷完善超聲取樣鉆實(shí)驗(yàn)臺設(shè)置。本文為超聲取樣鉆的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ),將超聲取樣鉆的碎巖過程簡化為力對連續(xù)柱的響應(yīng)問題,從而為碎巖機(jī)理的量化做了鋪墊,也為超聲取樣鉆應(yīng)用于工程中做了前期的工作。
[Abstract]:Sampling is an important way to obtain soil and rock samples from the moon, Mars and other planets. Ultrasonic sampling drillers are based on piezoelectric actuation, have the advantages of light weight, small volume, small power, no rotating parts, no lubrication, etc. It overcomes the limitation of the traditional sampling drill, such as heavy weight, large power and the need of rotating torque, to meet the need of the outboard detection. This paper contrasts and studies the different connection modes (thread type, thread type, and so on). The influence on the performance of ultrasonic sampling drill and the rock breaking mechanism of ultrasonic sampling drill are studied as follows: the thread type ultrasonic sampling drill is designed. The ultrasonic actuator adopts electromechanical equivalent network method. When the actuator works in resonant state, it is a half-wave oscillator. The frequency equation is obtained, and the dimension parameters of the ultrasonic actuator are obtained. The finite element method is used to design. ANSYS is used to analyze the structure of threaded ultrasonic sampling drill. Through modal and harmonic response analysis, the first order longitudinal vibration frequency, response and displacement amplitude-frequency characteristic curves of ultrasonic sampling drill are obtained. The mechanism of rock fragmentation of ultrasonic sampling drill and acoustic drill is similar: ultrasonic vibration causes the storage of energy in the form of flexible spring, although the bit displacement is small, but the vibration frequency is high. When the impact energy is greater than the energy needed to break the rock, the rock can be broken. At the same time, the larger the diameter of the drill pipe, the smaller the impact of the drill pipe on the rock. It can be obtained that the free mass can enhance the drilling effect of ultrasonic sampling drilling, which is better than that of pure high frequency vibration. Therefore, in ultrasonic sampling drilling, Free mass plays a very important role in stimulating the vibration of flexible drill pipe. This paper provides a theoretical basis for the optimum design of ultrasonic sampling drill, and simplifies the rock breaking process of ultrasonic sampling drill to the response of force to continuous column, thus paving the way for the quantification of rock fragmentation mechanism. In addition, the application of ultrasonic sampling drill in engineering has been done in the early stage.
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P634

【共引文獻(xiàn)】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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10 王文斌;基于脈沖實(shí)驗(yàn)的地鐵環(huán)境振動(dòng)響應(yīng)傳遞函數(shù)預(yù)測方法研究[D];北京交通大學(xué);2011年

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本文編號：1697420