本文選題：階梯型取心鉆頭　切入點(diǎn)：力載特性　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2013年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：我國月面鉆取采樣任務(wù)的主要目標(biāo)是獲取月表以下2m深且具有連續(xù)層理信息的月壤樣品并返回地球，月球表面環(huán)境的復(fù)雜性和著陸器攜帶能量的有限性給采樣任務(wù)的完成帶來了很大的困難。針對(duì)月面采樣過程中鉆進(jìn)力載不能過大，以防止著陸器發(fā)生傾覆的情況，本文在研究了國外地外星體采樣技術(shù)和地面鉆探技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了一種具有階梯形式的取心鉆頭。通過理論分析、仿真模擬和地面試驗(yàn)等手段，獲得了取心鉆頭構(gòu)型參數(shù)對(duì)鉆進(jìn)力載的影響規(guī)律。 通過對(duì)月壤的物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行的研究，確定了主要性質(zhì)參數(shù)的變化區(qū)間以及隨深度的變化趨勢，為取心鉆頭與月壤相互作用力學(xué)模型的建立提供了基礎(chǔ)；對(duì)國內(nèi)外模擬月壤的組成成分和制備方式進(jìn)行了研究，制備了三類地面試驗(yàn)用模擬月壤，并建立了均質(zhì)模擬月壤的本構(gòu)模型，，為模擬取心鉆頭鉆進(jìn)均質(zhì)模擬月壤的有限元仿真提供了基礎(chǔ)，并為地面模擬試驗(yàn)的規(guī)劃提供了指導(dǎo)。 結(jié)合地質(zhì)鉆探中取心鉆頭的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了一種具有階梯形式的取心鉆頭構(gòu)型�；谌⌒你@頭切削具作用土壤的失效機(jī)理和邊界簡化方式，建立了極限平衡狀態(tài)下切削具切削月壤的力學(xué)模型，得出了取心鉆頭鉆進(jìn)月壤的鉆壓力與回轉(zhuǎn)扭矩的解析模型，根據(jù)該模型研究了切削具切削角、底出刃高度和刃寬等構(gòu)型參數(shù)對(duì)鉆進(jìn)力載的影響，并對(duì)取心鉆頭鉆進(jìn)月壤的初始鉆進(jìn)力載進(jìn)行了預(yù)估。 編寫了基于Duncan-Chang模型的UMAT子程序，在有限元軟件中建立了取心鉆頭與均質(zhì)模擬月壤的相互作用力學(xué)模型，對(duì)鉆進(jìn)過程進(jìn)行了仿真，得出了取心鉆頭鉆進(jìn)所需的鉆壓力和回轉(zhuǎn)扭矩隨鉆進(jìn)深度的變化情況；對(duì)切削具切削二維和三維月壤進(jìn)行了模擬，驗(yàn)證了月壤的失效形式和邊界簡化假設(shè)的正確性；對(duì)取心鉆頭的階梯形式和切削具鑲焊方式、切削具刃寬和底出刃高度等構(gòu)型參數(shù)對(duì)切削力的影響進(jìn)行了仿真分析，得出了取心鉆頭采用階梯形式能夠比較好的降低鉆進(jìn)力載，而且獲得了切削具鑲焊方式、切削具刃寬和底出刃高度對(duì)切削力的影響規(guī)律。 進(jìn)行了針對(duì)均質(zhì)模擬月壤和巖石的地面模擬鉆進(jìn)試驗(yàn)，采用單一構(gòu)型參數(shù)變化而其他構(gòu)型參數(shù)相同的對(duì)比鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)試驗(yàn)對(duì)比分析，得出了取心鉆頭階梯形式、阻隔環(huán)、切削具安裝方式和鉆頭體錐角等取心鉆頭構(gòu)型對(duì)鉆進(jìn)力載的影響規(guī)律。
[Abstract]:The main goal of the lunar surface sampling mission in China is to obtain samples of lunar soil with continuous stratigraphic information and return to Earth at a depth of 2m below the lunar table. The complexity of the lunar surface environment and the limitation of the energy carried by the lander bring great difficulties to the completion of the sampling task. In view of the fact that the drilling force load should not be too large during the lunar surface sampling process, in order to prevent the lander from overturning, On the basis of studying the sampling technology and ground drilling technology of foreign extraterrestrial stars, a kind of core-taking bit with ladder form is developed in this paper. By means of theoretical analysis, simulation and ground test, etc. The influence of core bit configuration parameters on drilling load is obtained. Through the study of the physical and mechanical properties of lunar soil, the variation range of main properties parameters and the variation trend with depth are determined, which provides the foundation for the establishment of mechanical model of the interaction between core bit and lunar soil. The composition and preparation method of simulated lunar soil at home and abroad were studied. Three kinds of simulated lunar soil were prepared and the constitutive model of homogeneous simulated lunar soil was established. It provides a foundation for the finite element simulation of simulated lunar soil by simulating drilling homogeneity of coring bit, and provides guidance for the planning of ground simulation test. Based on the design experience of coring bit in geological drilling, a kind of core bit configuration with ladder form is proposed. Based on the failure mechanism and boundary simplification method of cutting tool of coring bit, The mechanical model of cutting the lunar soil with cutting tool under the limit equilibrium state is established. The analytical model of drilling pressure and rotary torque of the core bit drilling the lunar soil is obtained, and the cutting angle of the cutting tool is studied according to the model. The influence of the bottom blade height and edge width on the drilling force load is discussed and the initial drilling force load of the core bit drilling on the lunar soil is estimated. The UMAT subprogram based on Duncan-Chang model is written, and the interaction mechanics model between core bit and homogeneous lunar soil is established in the finite element software, and the drilling process is simulated. The variation of drilling pressure and rotary torque with drilling depth is obtained, and the validity of the hypothesis of failure form and boundary simplification of lunar soil is verified by simulating the cutting tools in two and three dimensions. This paper simulates and analyzes the influence of the configuration parameters such as step form of core bit, insert welding mode of cutting tool, width of cutting tool edge and height of bottom edge on cutting force. The conclusion is drawn that the drilling force load can be better reduced by using step type of core bit. The influence of cutting tool width and bottom edge height on cutting force is obtained. In this paper, the ground simulation drilling test for homogeneous simulated lunar soil and rock is carried out. The contrast bit with single configuration parameter and the same other configuration parameter is used to carry out the contrast drilling test, and the step form of coring bit is obtained, and the barrier ring is obtained. The influence of the installation mode of cutting tool and the cone angle of drill bit on the drilling load.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P634.4;P184

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張旭升;崔秀亮;;孕鑲針狀TSD油井取心鉆頭的研制及使用效果[J];國外地質(zhì)勘探技術(shù);1995年03期

2 白文凱;用人造金剛石復(fù)合片制做石油取心鉆頭獲得好效果[J];地質(zhì)與勘探;1985年04期

3 羅偉棠;方秀清;童運(yùn)桐;楊世偉;賈美玲;;新型勘探奈特鉆頭[J];西部探礦工程;1992年06期

4 趙遠(yuǎn)剛;鄧偉;石紹云;;用于煤系軟硬互層新型PDC取心鉆頭的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2008年07期

5 劉曉陽;;孕鑲金剛石-針狀合金復(fù)合式取心鉆頭的應(yīng)用研究[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2009年S1期

6 唐澤廣和;大野哲二;田志坤;;關(guān)于PDC地?zé)徙@頭設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的建議[J];寶石和寶石學(xué)雜志;1994年02期

7 王貴和;BT-75型不提鉆換鉆頭鉆具[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);1990年06期

8 王衛(wèi)民;仲玉芳;;深部石鹽層取心技術(shù)[J];中國煤炭地質(zhì);2010年S1期

9 李大佛;低溫電鑄復(fù)合片及其石油取心鉆頭研制[J];地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào);1992年02期

10 李大佛;215.9mm電鍍復(fù)合片(PDC)石油取心鉆頭研究[J];地球科學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào);1988年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 劉曉陽;;孕鑲針狀合金——金剛石復(fù)合式取心鉆頭的研究[A];“十五”重要地質(zhì)科技成果暨重大找礦成果交流會(huì)材料四——“十五”地質(zhì)行業(yè)重要地質(zhì)科技成果資料匯編[C];2006年

2 蔣慶祥;宋維華;許俊良;劉峰;司英暉;;勝利密閉取心技術(shù)在東北腰應(yīng)臺(tái)油田的應(yīng)用[A];黑魯石油學(xué)會(huì)鉆井新技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

3 閆軍;楊雷;張志娟;馬煒;;月壤力學(xué)材料模型驗(yàn)證研究[A];2009全國結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

4 趙春梅;祝成民;;發(fā)動(dòng)機(jī)噴流作用下月壤運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)值仿真研究[A];第二十三屆全國空間探測學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2010年

5 龐_g;鄧湘金;鄭燕紅;;面對(duì)月壤采集的自動(dòng)鉆取機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下篇）[C];2011年

6 侯緒研;崔金生;趙德明;姜生元;鄧宗全;;基于離散元法的月面取樣技術(shù)對(duì)月壤樣品層理信息影響的分析[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第八屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下篇）[C];2011年

7 王英;劉炳志;王永豐;;煤層氣井繩索取心鉆進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)[A];全國煤炭地質(zhì)鉆探研討會(huì)論文集[C];2007年

8 胡向志;陳李松;陳萍;;煤層氣鉆井粉煤取心工藝淺析[A];2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

9 江磊;蘇波;王長科;楊樹嶺;劉興杰;馮石柱;;LBD模擬月壤研究[A];中國宇航學(xué)會(huì)深空探測技術(shù)專業(yè)委員會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

10 張喜鎮(zhèn);;用于月壤介電常數(shù)分布研究的射電天文觀測技術(shù)[A];第七屆全國空間化學(xué)與隕石學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 韋玉芳;中國地大采集模擬月壤樣品[N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2009年

2 張建松;月球氦3資源約有103萬噸[N];北京日報(bào);2009年

3 本報(bào)記者 李金金　張星海;月球氦—3：地球人夠用一萬年[N];北京科技報(bào);2010年

4 郝哲;月壤厚度怎么測[N];人民日報(bào);2007年

5 特約記者 唐駿華邋通訊員 曾令文;精心連著愛心[N];中國石油報(bào);2008年

6 記者 邢宇皓;“攬?jiān)隆背晒鸞N];光明日報(bào);2010年

7 本報(bào)記者 章軻;上海設(shè)計(jì)師作品中選月球探測工程標(biāo)識(shí)[N];第一財(cái)經(jīng)日報(bào);2006年

8 特約記者 邵帥;航遙中心將建月球數(shù)據(jù)庫[N];中國國土資源報(bào);2011年

9 江華;月球軍事基地，夠酷![N];中國國防報(bào);2009年

10 黃歆 何云江;探月計(jì)劃，估估月壤有多厚？[N];地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 鄭永春;模擬月壤研制與月壤的微波輻射特性研究[D];中國科學(xué)院研究生院（地球化學(xué)研究所）;2005年

2 王紅波;基于硬巖鉆進(jìn)的胎體PDC取心鉆頭的研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2010年

3 周明星;基于CE-1號(hào)衛(wèi)星微波輻射計(jì)傳感數(shù)據(jù)的月壤厚度反演[D];南京航空航天大學(xué);2012年

4 薛彬;CE-1干涉成像光譜儀信息處理及應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院（西安光學(xué)精密機(jī)械研究所）;2006年

5 馬煒;散體介質(zhì)沖擊載荷作用下力學(xué)行為理論分析與算法實(shí)現(xiàn)[D];北京大學(xué);2008年

6 凌宗成;無機(jī)晶體的光譜學(xué)研究[D];山東大學(xué);2008年

7 劉吉成;月球車車輪驅(qū)動(dòng)性能及其綜合評(píng)價(jià)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

8 賀林峰;月表微波輻射與散射計(jì)算及次表層結(jié)構(gòu)探測[D];華中科技大學(xué);2012年

9 陳世榮;搖桿—轉(zhuǎn)向架式月球車月面通過性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 孔維剛;月球及火星科學(xué)中的三個(gè)礦物學(xué)問題[D];山東大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 肖洪;深層月壤取心鉆頭構(gòu)型設(shè)計(jì)及其力載特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 司英暉;防堵取心技術(shù)研究與應(yīng)用[D];中國石油大學(xué);2009年

3 劉飛;基于鉆具—月壤相互作用模型的鉆進(jìn)取心性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

4 張禹;滑軌式月壤鉆取采樣裝置關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

5 王振超;月壤光譜特性分析與月表礦物信息定量反演[D];中國地質(zhì)大學(xué)（北京）;2011年

6 趙德明;月壤在取樣管內(nèi)填充特性的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

7 吳曉君;合成月壤與足墊相互作用模型試驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2011年

8 崔金生;模擬月壤的填充模型及特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 劉天喜;淺層月壤采樣過程的機(jī)土耦合作用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

10 范文峰;小重力環(huán)境下模擬月壤承壓特性試驗(yàn)及月球車/月壤關(guān)系研究[D];吉林大學(xué);2012年

本文編號(hào)：1579229