本文關(guān)鍵詞：海底鈷結(jié)殼破碎過程理論分析及試驗研究

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【摘要】：隨著陸地固體礦產(chǎn)資源日趨減少及開采成本快速攀升,海洋固體礦產(chǎn)資源逐漸受到越來越多的關(guān)注,其中最具代表性的便是深海富鈷結(jié)殼。無論是國內(nèi)還是國外鈷結(jié)殼的開采技術(shù)已然變成一個重點發(fā)展方向。獲取鈷結(jié)資源的第一步便是從深海底將其與基巖分離、破碎。破碎頭是開采的關(guān)鍵部件。正確的破碎頭設(shè)計是確保開采系統(tǒng)高效工作的基礎(chǔ)。本文首先對國內(nèi)外鈷結(jié)殼開采現(xiàn)狀進行了對比分析。通過對幾種典型巖石切割機理的分析對比研究確定了鈷結(jié)殼的破碎適用機理。對鈷結(jié)殼的物理特性參數(shù)進行了分析說明,依此設(shè)計制作了用于破碎實驗的模擬鈷結(jié)殼。根據(jù)鈷結(jié)殼物理特性參數(shù)設(shè)計了一種破碎頭,并利用LS-DYNA軟件開展了破碎仿真研究。通過求解獲得了破碎頭工作中在X、Y、Z三個方向受到的截割阻力Fc、進給阻力Ff和側(cè)向阻力Fs,它們構(gòu)成破碎頭工作過程中所受的主要外力,Z軸方向的側(cè)向阻力表明在截割過程中產(chǎn)生了軸向力。根據(jù)仿真結(jié)果設(shè)計優(yōu)化并制作了鈷結(jié)殼破碎頭,最后在實驗室建立了鈷結(jié)殼破碎試驗系統(tǒng),對其作業(yè)參數(shù)進行了試驗。通過高速攝影儀記錄的截齒破碎過程驗證了鈷結(jié)殼破碎機理。開展了鈷結(jié)殼滾筒截齒切削試驗及滾筒破碎性能試驗。對不同轉(zhuǎn)速、進給速度及切削深度參數(shù)下所獲得的切削物料進行了粒徑分析,根據(jù)分析結(jié)果對于鈷結(jié)殼破碎建議其轉(zhuǎn)速為70r/min、切削深度為40mm、進給速度0.2m/s。
【關(guān)鍵詞】：鈷結(jié)殼 破碎頭 截齒 仿真 粒度分布
【學(xué)位授予單位】：長沙礦冶研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD857
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景10-16
• 1.1.1 國外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2 研究的目的和意義16
• 1.3 本文的主要內(nèi)容16-18
• 第二章 鈷結(jié)殼破碎特性研究18-28
• 2.1 巖石切割機理研究18-21
• 2.2 鈷結(jié)殼物理特性研究21-25
• 2.2.1 含水率和飽和含水率21-22
• 2.2.2 濕密度與干密度22
• 2.2.3 比重22-23
• 2.2.4 孔隙率23
• 2.2.5 莫氏硬度23
• 2.2.6 抗壓強度和抗拉強度23-24
• 2.2.7 抗剪斷強度24
• 2.2.8 彈性模量和泊松比24-25
• 2.3 截齒破碎鈷結(jié)殼的斷裂過程研究25-26
• 2.3.1 破碎細觀機理研究25-26
• 2.3.2 切削圖與礦粒粒徑的關(guān)系26
• 2.4 本章小結(jié)26-28
• 第三章 富鈷結(jié)殼截齒破碎頭設(shè)計28-44
• 3.1 截齒結(jié)構(gòu)形式28-30
• 3.2 破碎頭截齒方案布置30-36
• 3.2.1 螺旋頭數(shù)31-32
• 3.2.2 螺旋升角32-33
• 3.2.3 截齒的排列模式與截齒間距33-35
• 3.2.4 圓周方向兩相鄰截齒尖相位差35-36
• 3.3 截齒安裝角度的研究36-39
• 3.3.1 截齒的切削前角36-37
• 3.3.2 截齒的切削后角37
• 3.3.3 刀具的側(cè)向傾角37-38
• 3.3.4 截齒切入角38-39
• 3.4 切削厚度的確定39-40
• 3.5 破碎頭及其截齒布置40-42
• 3.6 本章小結(jié)42-44
• 第四章 基于LS-DYNA的破碎頭仿真研究44-58
• 4.1 LS-DYNA顯式有限元分析44-46
• 4.2 截齒切削過程計算原理46-47
• 4.3 截齒滾筒模型切削過程有限元模擬47-55
• 4.3.1 切削模型模擬方案47-48
• 4.3.2 破碎頭三維仿真模型的建立48-51
• 4.3.3 單元類型及材料模型的選擇51
• 4.3.4 幾何模型網(wǎng)格劃分51
• 4.3.5 定義接觸和邊界條件及載荷條件51-52
• 4.3.6 求解52
• 4.3.7 計算結(jié)果分析52-55
• 4.4 本章小結(jié)55-58
• 第五章 鈷結(jié)殼破碎試驗58-70
• 5.1 破碎頭試驗系統(tǒng)58-60
• 5.2 實驗?zāi)康?/span>60
• 5.3 試驗內(nèi)容60-63
• 5.3.1 鈷結(jié)殼和基巖模擬料的制作61
• 5.3.2 模擬鈷結(jié)殼物理力學(xué)性能參數(shù)測試結(jié)果61-62
• 5.3.3 鈷結(jié)殼滾筒切削試驗及破碎性能試驗62-63
• 5.4 試驗結(jié)果分析63-69
• 5.4.1 鈷結(jié)殼滾筒截齒切削實驗63-64
• 5.4.2 鈷結(jié)殼滾筒破碎性能實驗64-69
• 5.5 本章小結(jié)69-70
• 第六章 結(jié)論及展望70-74
• 6.1 結(jié)論70-71
• 6.2 工作展望71-74
• 參考文獻74-78
• 致謝78-80
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果80

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本文編號：764980