月面采樣鉆具回轉(zhuǎn)沖擊作用研究.pdf

1、我國(guó)月面鉆取采樣任務(wù)中,采樣鉆具的鉆取能力直接決定了采樣任務(wù)的完成情況。由于月壤中存在不同粒徑、不同硬度等級(jí)的月巖,因此鉆具對(duì)月巖的破碎能力是鉆取能力的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。為提高采樣鉆具對(duì)巖石的破碎能力,需要采用回轉(zhuǎn)沖擊鉆進(jìn)的方式。故本文以回轉(zhuǎn)沖擊作用下巖石破碎機(jī)理、沖擊動(dòng)力的產(chǎn)生及優(yōu)化為主線,開展了沖擊系統(tǒng)的理論分析、仿真模擬和試驗(yàn)研究。
　　基于脆性巖石的拉伸破碎準(zhǔn)則,在充分考慮鉆具構(gòu)型參數(shù)的基礎(chǔ)上,建立了回轉(zhuǎn)切削作用下鉆具與巖石相

2、互作用力學(xué)模型,獲得侵入深度、鉆壓力等參數(shù)對(duì)水平切削力的影響,并對(duì)理論模型開展了試驗(yàn)驗(yàn)證;建立了鉆具沖擊作用下巖石破碎的動(dòng)力學(xué)模型,獲得沖擊力函數(shù)對(duì)沖擊深度的影響關(guān)系。針對(duì)典型的脈沖沖擊力函數(shù),開展了沖擊碎巖數(shù)值模擬,驗(yàn)證了模型的正確性。
　　針對(duì)鉆具驅(qū)動(dòng)裝置沖擊機(jī)構(gòu),建立了沖擊過程動(dòng)力學(xué)模型,獲得雙圓柱形激振塊幾何構(gòu)型與產(chǎn)生應(yīng)力波波形函數(shù)之間的關(guān)系;基于沖擊能量傳遞效率最大的原則,優(yōu)化沖擊應(yīng)力波波形,獲得沖擊鑿巖過程中沖擊能量最

3、大傳遞效率及其影響因素;基于優(yōu)化應(yīng)力波波形,結(jié)合沖擊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型,優(yōu)化激振塊構(gòu)型;應(yīng)用顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件LS-DYNA開展沖擊過程仿真分析,對(duì)比優(yōu)化前后激振塊的沖擊效果,證明了優(yōu)化分析的可行性;開展回轉(zhuǎn)沖擊破碎巖石過程數(shù)值模擬,獲得特定輸入?yún)?shù)下巖石的應(yīng)力分布和鉆頭侵深曲線,為更深入的參數(shù)仿真優(yōu)化研究打下基礎(chǔ)。
　　本文通過試驗(yàn)研究了沖擊功、沖擊頻率和鉆壓力等宏觀參數(shù)對(duì)鉆進(jìn)效果的影響;分別開展了恒力鉆進(jìn)和恒速鉆進(jìn)模式下,單一參數(shù)