深海鈷結(jié)殼是大洋底部最具吸引力的礦產(chǎn)資源之一，產(chǎn)出在水深800-3000m的平坦海山、島嶼斜坡上，其平均厚度僅為4-6cm，富含鈷、鉑、鎳、錳、銅、鐵、磷、鈦、鋅、鉛、鈰等戰(zhàn)略物質(zhì)。由于其巨大的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，深海鈷結(jié)殼開采技術(shù)與裝備的研究已成為國內(nèi)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)。 鈷結(jié)殼開采研究的第一個(gè)難題和關(guān)鍵問題，就是如何從高低不平的海底基巖上將薄薄的一層鈷結(jié)殼破碎剝離下來，而且要保證足夠大的采集率、較小的廢石混入率和比能耗，同時(shí)破碎鈷結(jié)殼及其基巖塊度的分布要求比較合理，能順利通過揚(yáng)礦系統(tǒng)提升到水面支持船上，又能盡量減少對(duì)環(huán)境的污染。而采集率、廢石混入率、破碎能耗和塊度分布規(guī)律不但與螺旋切削式采集頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，更重要的是與采礦過程中不同海底微地形上采集頭的不同工作參數(shù)有關(guān)。 本文在國務(wù)院大洋專項(xiàng)的支持下，作為“鈷結(jié)殼采集模型機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究”項(xiàng)目的一個(gè)子課題，對(duì)螺旋切削式采集頭截割、破碎鈷結(jié)殼時(shí)的力學(xué)特性（包括極限參數(shù)）、破碎塊度分布規(guī)律、不同海底微地形上采集頭的工作參數(shù)匹配等難題進(jìn)行了深入研究，旨在為開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鈷結(jié)殼開采技術(shù)與裝備提供理... 

【文章頁數(shù)】：189 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 富鈷結(jié)殼開采技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外鈷結(jié)殼開采現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
        1.2.2 國內(nèi)鈷結(jié)殼研究情況
    1.3 我國的鈷結(jié)殼開采方案
        1.3.1 鈷結(jié)殼開采環(huán)境和開采特點(diǎn)
        1.3.2 我國的鈷結(jié)殼開采方案
    1.4 論文研究目的、意義和主要內(nèi)容
        1.4.1 論文研究目的和意義
        1.4.2 論文研究主要內(nèi)容
    1.5 小結(jié)
第二章 鈷結(jié)殼螺旋切削式采集過程基礎(chǔ)理論及仿真建模研究
    2.1 引言
    2.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在相關(guān)方面的應(yīng)用
        2.2.1 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在深海采礦方面的應(yīng)用
        2.2.2 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在螺旋滾筒設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用
    2.3 螺旋滾筒運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析
        2.3.1 采集頭軸心點(diǎn)的初始坐標(biāo)
        2.3.2 采集頭軸心線運(yùn)動(dòng)方程
    2.4 截齒運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析
    2.5 采集頭切削區(qū)域及切削截齒數(shù)的分析
        2.5.1 截齒進(jìn)入和退出切削區(qū)域的判別準(zhǔn)則
        2.5.2 截齒切削深度分析
        2.5.3 切削區(qū)域同時(shí)切削齒數(shù)分析
    2.6 瞬時(shí)未變形切屑厚度研究
        2.6.1 采集頭切削過程中切屑形成機(jī)理
        2.6.2 采集頭勻速進(jìn)給和滾動(dòng)時(shí)的切屑厚度計(jì)算
        2.6.3 采集頭非勻速進(jìn)給和滾動(dòng)時(shí)的切屑厚度計(jì)算
        2.6.4 采集頭進(jìn)給速度和旋轉(zhuǎn)速度的約束關(guān)系
    2.7 截齒截割過程及受力分析
        2.7.1 截齒截割破碎過程分析
        2.7.2 截齒切削破碎阻力
        2.7.3 截齒切削運(yùn)動(dòng)時(shí)海水對(duì)截齒的作用力
        2.7.4 截齒受力模型
    2.8 采集頭載荷特性研究
        2.8.1 采集頭受力分析
        2.8.2 采集頭力矩計(jì)算
        2.8.3 載荷的波動(dòng)性
    2.9 鈷結(jié)殼螺旋切削式采集頭破碎能耗建模
        2.9.1 破碎功率和總能耗研究
        2.9.2 破碎鈷結(jié)殼及其基巖的體積采集量計(jì)算
        2.9.3 破碎鈷結(jié)殼及其基巖的重量采集量計(jì)算
        2.9.4 螺旋切削式采集比能耗建模
    2.10 小結(jié)
第三章 鈷結(jié)殼螺旋切削式采集過程仿真研究
    3.1 引言
    3.2 采集頭破碎過程仿真軟件設(shè)計(jì)
        3.2.1 實(shí)際微地形測(cè)量、重構(gòu)及隨機(jī)地形產(chǎn)生
        3.2.2 隨機(jī)地形的分級(jí)
        3.2.3 螺旋切削式采集頭截割破碎過程數(shù)學(xué)模型
        3.2.4 程序?qū)崿F(xiàn)
    3.3 計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)的校驗(yàn)
        3.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
        3.3.2 力學(xué)參數(shù)的驗(yàn)證
        3.3.3 采集量算法驗(yàn)證與精度分析
    3.4 仿真結(jié)果與分析
        3.4.1 單塊地形時(shí)采集頭受力特性及能耗關(guān)系仿真研究
        3.4.2 隨機(jī)地形時(shí)采集頭受力特性及能耗關(guān)系仿真研究
    3.5 小結(jié)
第四章 鈷結(jié)殼及其基巖破碎塊度分布規(guī)律研究
    4.1 引言
    4.2 巖石破碎塊度的經(jīng)典分布模型
        4.2.1 高丁-舒曼(G-S)分布
        4.2.2 羅辛-拉姆勒爾(Rosin-Rammler，R-R)分布
        4.2.3 威布爾分布
    4.3 鈷結(jié)殼及其基巖破碎塊度分形分布模型
        4.3.1 分形及其在巖土破碎塊度分布規(guī)律研究中的應(yīng)用
        4.3.2 鈷結(jié)殼及基巖破碎塊度的分形特征
        4.3.3 鈷結(jié)殼及其基巖破碎的有限尺度分形模型
    4.4 鈷結(jié)殼破碎塊度分形維數(shù)的測(cè)定
    4.5 鈷結(jié)殼及其基巖破碎塊度分形分布模型
        4.5.1 破碎塊度實(shí)驗(yàn)研究
        4.5.2 鈷結(jié)殼及其基巖破碎塊度分形分布模型
    4.6 小結(jié)
第五章 螺旋切削式采集頭工作參數(shù)優(yōu)化研究
    5.1 模擬退火遺傳算法
        5.1.1 遺傳算法和模擬退火算法的基本思想
        5.1.2 模擬退火遺傳算法
        5.1.3 模擬退火遺傳算法性能測(cè)試
    5.2 采集頭工作參數(shù)優(yōu)化模型
        5.2.1 工作參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)
        5.2.2 約束條件確定
        5.2.3 優(yōu)化程序的研制
    5.3 優(yōu)化結(jié)果與分析
        5.3.1 采集頭工作參數(shù)優(yōu)化結(jié)果
        5.3.2 工作參數(shù)優(yōu)化結(jié)果分級(jí)回歸分析
    5.4 小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄1 采集頭破碎實(shí)驗(yàn)研究
    A1 相似模型試驗(yàn)?zāi)康呐c內(nèi)容
        A1.1 試驗(yàn)?zāi)康?br>        A1.2 試驗(yàn)內(nèi)容
    A2 相似試驗(yàn)系統(tǒng)研制
        A2.1 相似理論與模型試驗(yàn)基礎(chǔ)
        A2.2 相似物理量與相似關(guān)系的確定
        A2.3 相似材料(模擬料)相似條件
        A2.4 采集頭相似條件
        A2.5 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)
        A2.6 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    A3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)過程
        A3.1 模擬料制備
        A3.2 測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)定
        A3.3 實(shí)驗(yàn)過程
附錄2 不同地形高程差下工作參數(shù)優(yōu)化結(jié)果
致謝
攻讀博士學(xué)位期間主要的研究成果
    1 作者在攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
    2 作者在攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目



本文編號(hào)：3690469