本文關(guān)鍵詞：月面鉆取采樣沖擊鉆進作用研究

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【摘要】：月面鉆取采樣面臨著低重力、高真空、月壤力學(xué)性質(zhì)未知等復(fù)雜因素的干擾。為了彌補可用鉆壓力的不足,月面鉆取采樣過程中需要引入沖擊激勵作用。受航天運載能力等因素的限制,采樣機構(gòu)需要具有輕便、低功耗、高效率、高可靠性的特點。而鉆取采樣沖擊系統(tǒng)的可靠運作是整個鉆取采樣任務(wù)中較為關(guān)鍵的一環(huán)。本文面向月面鉆取采樣的工程需求,以月面鉆取采樣沖擊鉆進系統(tǒng)為主要研究對象,開展了沖擊鉆進作用的研究。首先通過動力學(xué)仿真與理論分析,給出了月面鉆取采樣彈簧—激振塊激振驅(qū)動機構(gòu)的工作特性。對激振驅(qū)動機構(gòu)沖擊作用過程中的沖擊功、碰撞速度及碰撞力作了理論推導(dǎo)。通過ADAMS動力學(xué)仿真進一步驗證了理論推導(dǎo)的正確性,結(jié)果表明激振驅(qū)動機構(gòu)能夠完好地實現(xiàn)沖擊激勵作用。其次運用一維波動力學(xué)方法對沖擊作用下鉆具的應(yīng)力波傳遞特性進行了建模分析。通過理論推導(dǎo)給出了激振塊—鉆桿接頭的入射應(yīng)力波形,給出了變阻抗鉆具的應(yīng)力波能量透射率及應(yīng)力波透射率公式。對脆性巖石下的鑿入過程進行了分析,結(jié)果表明在鑿巖過程中激振塊會發(fā)生回彈;對沖擊作用沿取芯管傳遞的問題進行了分析,結(jié)果表明取芯管波阻抗越小受到的沖擊擾動越少。最后,基于顯式有限元方法對月面鉆取采樣鉆具受沖擊的動力學(xué)過程進行了數(shù)值模擬。通過建立激振塊—鉆具沖擊有限元模型,開展了鉆具沖擊能量傳遞性能的研究。結(jié)果表明基于一維應(yīng)力波理論推導(dǎo)得出的鉆具應(yīng)力波能量透射率、應(yīng)力波透射率的結(jié)果與有限元計算結(jié)果差異不大;重錘回彈會造成能量傳遞率的下降,引起沖擊鑿巖效率的降低。
【關(guān)鍵詞】：沖擊鉆進 應(yīng)力波 采樣
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V476.3;P184.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義8
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究概況8-16
• 1.2.1 地外鉆探采樣技術(shù)研究概況8-15
• 1.2.2 沖擊鉆進能量傳遞研究概況15-16
• 1.3 本文主要研究16-17
• 第2章 鉆取采樣裝置沖擊鉆進機構(gòu)動力學(xué)分析17-26
• 2.1 激振驅(qū)動機構(gòu)動力學(xué)理論分析17-20
• 2.1.1 激振驅(qū)動原理17-18
• 2.1.2 激振塊響應(yīng)時間18-19
• 2.1.3 單次沖擊功19-20
• 2.1.4 碰撞速度及碰撞力20
• 2.2 沖擊鉆進機構(gòu)動力學(xué)仿真分析20-25
• 2.2.1 參數(shù)定義22
• 2.2.2 仿真結(jié)果22-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 沖擊鉆進系統(tǒng)波動力學(xué)分析26-53
• 3.1 激振塊—鉆桿接頭沖擊入射應(yīng)力波26-32
• 3.1.1 第一階入射波26-27
• 3.1.2 第二階入射波27-29
• 3.1.3 第三階入射波29-30
• 3.1.4 總?cè)肷鋺?yīng)力波30-32
• 3.2 變截面變阻抗桿對沖擊能量傳遞的影響32-40
• 3.2.1 單次透射應(yīng)力波能量透射率34-37
• 3.2.2 總能量透射率37-39
• 3.2.3 應(yīng)力波幅值比的求解39-40
• 3.3 鉆桿—保持芯管沖擊傳遞分析40-44
• 3.4 鉆具應(yīng)力波傳播特性分析44-46
• 3.5 沖擊破巖的理論分析46-52
• 3.5.1 月巖46-47
• 3.5.2 有效鑿深的推導(dǎo)47-49
• 3.5.3 鑿入過程中的回彈分析49-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第4章 鉆取采樣沖擊鉆進數(shù)值模擬53-73
• 4.1 有限元方法53-54
• 4.1.1 彈性動力學(xué)有限元基本解法53
• 4.1.2 ABAQUS顯式動力學(xué)分析53-54
• 4.2 有限元方法描述應(yīng)力波問題有效性驗證54-61
• 4.2.1 有限元建模54-56
• 4.2.2 計算結(jié)果及分析56-61
• 4.3 重錘—鉆具有限元建模與分析61-72
• 4.3.1 有限元建模61-63
• 4.3.2 仿真結(jié)果分析63-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 鄢泰寧;冉恒謙;段新勝;;宇宙探索與鉆探技術(shù)[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2010年01期

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本文編號：1080939