隨著人類可持續(xù)發(fā)展的迫切需求,深空探測及行星資源利用具有重大意義。由于在火星發(fā)現(xiàn)了大量的水冰/干冰,意味著具有生存資源與能源,具備建設(shè)火星基地及火星資源開發(fā)與利用的前提,火星基地還可作為開發(fā)主帶小行星的前沿基地。水冰/干冰則是建立生存基地的基礎(chǔ)條件,所以首先開展對火星上的冰進(jìn)行采樣分析,而接觸式探測是最直接、有效的一種方式。相比于地面勘探采樣,火星上鉆探資源有限,探測初期只能采用無人自主的操作模式,這對火星取芯鉆具的能力設(shè)計提出了更高的要求,既要滿足火星鉆探輕量化、低功率的限制,又要保證能可靠地獲取完整的冰樣。本文以水冰/干冰為鉆進(jìn)對象,以可靠獲取冰樣為目標(biāo),同時以鉆進(jìn)功率消耗最小為約束,研制出一種高效鉆冰的取芯鉆具。由于鉆進(jìn)對象—冰極為特殊,需要對冰的物理、力學(xué)性質(zhì)展開深入的研究,掌握冰的有關(guān)力學(xué)參數(shù):泊松比、楊氏模量等;研究在切削下,冰的破壞機(jī)理:脆性破壞、塑性破壞,失效準(zhǔn)則。由于目前尚未發(fā)現(xiàn)對火星取冰的任何報導(dǎo),因此,充分借鑒了地面上極地冰層鉆探技術(shù),對目前廣泛應(yīng)用于冰層鉆探的電動機(jī)械鉆具進(jìn)行了調(diào)研、分析,以地面電動機(jī)械鉆具為基礎(chǔ),根據(jù)火星水冰和取芯特性需求,切削刃采用定量剝離的... 

【文章來源】：北華航天工業(yè)學(xué)院河北省

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 火星環(huán)境
        1.2.2 火星鉆探概述
        1.2.3 地面上國內(nèi)外冰層取芯鉆探發(fā)展
        1.2.4 典型冰層取芯鉆具概述
        1.2.5 火星鉆探難點(diǎn)
    1.3 課題主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線
第2章 火星冰的物理力學(xué)性質(zhì)和破壞機(jī)理研究
    2.1 引言
    2.2 火星冰的材料特性
        2.2.1 火星水冰的物理性質(zhì)
        2.2.2 火星干冰的物理性質(zhì)
        2.2.3 冰的力學(xué)參數(shù)分析
    2.3 冰的破碎機(jī)理研究
        2.3.1 冰的韌性破壞行為
        2.3.2 冰的韌脆轉(zhuǎn)變行為
        2.3.3 冰的脆性破壞行為
    2.4 本章小結(jié)
第3章 水冰/干冰取芯鉆具一體化設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 鉆頭設(shè)計概述
        3.2.1 切削具形狀設(shè)計
        3.2.2 切削具在鉆頭體上的布置方式和數(shù)量設(shè)計
        3.2.3 切削具角度參數(shù)設(shè)計
        3.2.4 切削具材料選擇
        3.2.5 鉆頭構(gòu)型設(shè)計
    3.3 鉆桿設(shè)計概述
        3.3.1 鉆桿螺距與螺旋角的計算
        3.3.2 臨界轉(zhuǎn)速計算
        3.3.3 鉆桿構(gòu)型及參數(shù)設(shè)計
    3.4 取芯機(jī)構(gòu)設(shè)計
        3.4.1 方案一：卡刀提取法
        3.4.2 方案二：簧片密閉法
        3.4.3 取芯機(jī)構(gòu)方案比較與優(yōu)選
    3.5 取芯鉆具構(gòu)型及總體參數(shù)設(shè)計
    3.6 本章小結(jié)
第4章 鉆頭切削具與冰作用特性分析及參數(shù)計算
    4.1 引言
    4.2 切削具與冰相互作用特性分析
    4.3 切削力影響因素分析
        4.3.1 切削具前角對切削力的影響
        4.3.2 切削具寬度對切削力的影響
        4.3.3 切削具前角和寬度對切削力的影響
    4.4 本章小結(jié)
第5章 鉆頭與冰的相互作用力載仿真分析和單刃切削實驗
    5.1 引言
    5.2 有限元仿真軟件ABAQUS理論基礎(chǔ)
    5.3 鉆頭幾何模型的建立
        5.3.1 模型的建立
        5.3.2 材料特性
        5.3.3 接觸關(guān)系及邊界條件的設(shè)定
        5.3.4 網(wǎng)格劃分
    5.4 仿真模擬結(jié)果與分析
        5.4.1 仿真結(jié)果分析
        5.4.2 切削具前角對切削力的影響
        5.4.3 切削具后角對切削力的影響
        5.4.4 切削具寬度對切削力的影響
        5.4.5 刀頭圓角半徑對切削力的影響
        5.4.6 轉(zhuǎn)速對切削力的影響
    5.5 冰的單刃切削輔助實驗
        5.5.1 實驗?zāi)繕?biāo)
        5.5.2 實驗準(zhǔn)備
        5.5.3 實驗步驟
        5.5.4 實驗數(shù)據(jù)處理與分析
    5.6 取芯鉆頭切削具參數(shù)優(yōu)化
    5.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]火星風(fēng)沙地貌研究進(jìn)展[J]. 李繼彥,董治寶.  中國沙漠. 2016(04)
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[3]Research on drilling parameters of engine-powered auger ice drill[J]. Mikhail Sysoev,Pavel Talalay.  Global Geology. 2016(01)
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[5]探索火星環(huán)境和生命[J]. 林楊挺.  自然雜志. 2016(01)
[6]基于ABAQUS的小孔鉆削加工仿真（英文）[J]. 王依諾,陳從建.  Journal of Measurement Science and Instrumentation. 2015(03)
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[8]Optimization of ice cuttings transportation by cable-suspended core auger drills[J]. HONG Jialin,Pavel Talalay,Mikhail Sysoev.  Global Geology. 2014(01)
[9]4000m DISC深冰芯鉆機(jī)概述[J]. 王士猛,謝愛紅,效存德,任賈文,秦大河.  冰川凍土. 2013(03)
[10]我國輕型高山冰芯機(jī)械鉆機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用[J]. 高新生,朱國才,任賈文,張永亮.  冰川凍土. 2012(06)

博士論文
[1]淺層電動機(jī)械鉆具設(shè)計及其冰屑螺旋輸送理論研究[D]. 洪嘉琳.吉林大學(xué) 2017
[2]極區(qū)航道海冰時空分布及其物理力學(xué)性質(zhì)研究[D]. 韓紅衛(wèi).大連理工大學(xué) 2016
[3]極地冰巖夾層鉆進(jìn)碎巖機(jī)理分析及試驗研究[D]. 楊成.吉林大學(xué) 2016
[4]空氣孔底局部反循環(huán)電動機(jī)械冰層取心鉆具研究[D]. 胡正毅.吉林大學(xué) 2015
[5]極地冰下基巖取心鉆具反扭裝置與鉆頭鉆壓平衡關(guān)系研究[D]. 范曉鵬.吉林大學(xué) 2014
[6]冰的力學(xué)性能及其與結(jié)構(gòu)相互作用力問題的研究[D]. 孫秋華.哈爾濱工程大學(xué) 2005

碩士論文
[1]細(xì)長軸外圓切削的刀具幾何角度優(yōu)化[D]. 龐楠.長春大學(xué) 2017
[2]冰層鉆探孔壁水力壓裂數(shù)值模擬與實驗研究[D]. 洪建俊.吉林大學(xué) 2016
[3]極區(qū)油船與冰碰撞的非線性有限元仿真研究[D]. 宋艷平.大連海事大學(xué) 2015
[4]冰層回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)切削熱分析與實驗研究[D]. 劉春朋.吉林大學(xué) 2014
[5]極地冰鉆升降鉆具時孔內(nèi)水力學(xué)特性試驗研究[D]. 韓俊杰.吉林大學(xué) 2014
[6]結(jié)冰力學(xué)特性的理論與實驗研究[D]. 巫瑞銳.南京航空航天大學(xué) 2014
[7]深層月壤取心鉆頭構(gòu)型設(shè)計及其力載特性研究[D]. 肖洪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013



本文編號：3643263