本文關(guān)鍵詞：表鑲CBN鉆頭研制及其巖石鉆進負載特性實驗研究

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【摘要】：探月三期工程的核心任務(wù)目標是獲取長度約兩米的月壤樣品并返回地球。在月壤剖面中可能會夾雜著不同類型、不同尺度、不同硬度等級的月巖,當取芯鉆頭遇到巖石時,鉆進負載會急劇增加,鉆頭的切削熱也會急劇累積,若鉆頭的設(shè)計不當或鉆進規(guī)程控制失調(diào),可能會導(dǎo)致鉆取采樣裝置鉆進功能、取芯功能失效。在探月工程三期預(yù)先研究階段優(yōu)化形成的螺旋形鉆頭構(gòu)型,對小尺度月壤具有較強的鉆進和取芯能力,但巖石的鉆進能力較弱。針對這一工程背景,本文提出了在螺旋形基體表面鑲嵌CBN顆粒,在不損失其取芯能力的前提下,充分提高其對巖石的鉆進能力。針對CBN顆粒對巖石的破碎作用機理,系統(tǒng)開展了CBN顆粒巖石切削力學模型的理論與仿真研究。調(diào)研分析了月巖的基本類型和主要物理特性,對地球巖石的主要物理力學特性以及巖石的可鉆性等級進行了研究。建立了集中載荷、球形壓頭作用于巖石的受載應(yīng)力狀態(tài)分析計算模型;依據(jù)巖石的破壞強度準則,建立了CBN顆粒巖石破碎力學模型和仿真模型,為CBN顆粒在鉆具上的合理鑲嵌提供了初始依據(jù)。研制了表鑲CBN鉆頭試驗件,并對CBN顆粒在鉆頭表面的鑲嵌形態(tài)、顆粒態(tài)鉆頭表面與巖石的有效接觸面積以及當量螺旋面積下的鉆壓力分布進行了分析與計算。開展了鉆頭鉆進巖石的過程、鉆頭碎巖能力、排屑運動和鉆頭的主要磨損因素的研究,為科學評估表鑲CBN鉆頭的關(guān)鍵特性提供了評價指標。為了充分驗證所研制的表鑲CBN鉆頭的綜合特性,研制了巖石鉆進試驗臺,開展了正交實驗,獲得了回轉(zhuǎn)速率、加載速率以及基體螺旋頭數(shù)、CBN顆粒直徑對巖石鉆進負載的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,在螺旋型鉆頭基體上鑲嵌CBN顆粒,使鉆具獲得了較強的巖石鉆進能力。
【關(guān)鍵詞】：巖石 鉆進特性 鉆頭 螺旋構(gòu)型 表鑲CBN
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P184.5;V476.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-18
• 1.1 課題來源及研究目的和意義8-9
• 1.1.1 課題來源8
• 1.1.2 研究目的和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外地外天體采樣探測技術(shù)綜述9-14
• 1.2.1 國外采樣探測技術(shù)綜述9-13
• 1.2.2 國內(nèi)采樣探測技術(shù)現(xiàn)狀13-14
• 1.3 鉆頭鉆進巖石材料14-16
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容16-18
• 第2章 CBN顆粒巖石切削力學模型研究18-35
• 2.1 巖石物理力學性質(zhì)分析18-22
• 2.1.1 月巖概述18-19
• 2.1.2 巖石的物理特性19-20
• 2.1.3 巖石的力學特性20-22
• 2.1.4 巖石的可鉆性分級22
• 2.2 巖石受載應(yīng)力狀態(tài)分析22-26
• 2.2.1 集中載荷作用模型22-24
• 2.2.2 球形壓頭作用模型24-26
• 2.3 CBN顆粒巖石切削力學建模與仿真26-34
• 2.3.1 巖石的破壞強度準則27
• 2.3.2 CBN顆粒巖石破碎力學建模27-31
• 2.3.3 CBN顆粒巖石破碎仿真分析31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第3章 表鑲CBN鉆頭研制及其關(guān)鍵特性分析35-52
• 3.1 表鑲CBN鉆頭研制35-39
• 3.1.1 鉆頭基體構(gòu)型選擇35-36
• 3.1.2 CBN材料的性質(zhì)36-37
• 3.1.3 CBN顆粒與鉆頭基體的鑲嵌工藝37-39
• 3.2 CBN鉆頭鉆壓力分布影響因素研究39-43
• 3.2.1 CBN顆粒顯微狀態(tài)分析39-41
• 3.2.2 CBN顆粒有效接觸面積計算41-43
• 3.3 表鑲CBN鉆頭巖石鉆進特性研究43-51
• 3.3.1 鉆頭鉆進初始過程分析43-45
• 3.3.2 鉆頭碎巖能力的計算45-47
• 3.3.3 鉆頭的排屑運動分析47-48
• 3.3.4 鉆頭的磨損及主要因素分析48-50
• 3.3.5 基體構(gòu)型對鉆壓力分布的影響分析50-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 巖石鉆進特性實驗平臺設(shè)計52-61
• 4.1 實驗臺方案設(shè)計52-53
• 4.2 鉆頭驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計53-58
• 4.2.1 回轉(zhuǎn)部件設(shè)計54-56
• 4.2.2 沖擊部件設(shè)計56-58
• 4.3 加載部件設(shè)計58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第5章 表鑲CBN鉆頭巖石鉆進實驗研究61-74
• 5.1 實驗對象及實驗參數(shù)選擇61
• 5.2 鉆進負載影響因素實驗研究61-68
• 5.2.1 螺旋頭數(shù)的影響實驗61-63
• 5.2.2 CBN顆粒直徑的影響實驗63-66
• 5.2.3 鉆進速率的影響實驗66-67
• 5.2.4 回轉(zhuǎn)速率的影響實驗67-68
• 5.3 正交實驗分析68-71
• 5.3.1 實驗指標與正交表的選取69
• 5.3.2 正交實驗結(jié)果及分析69-71
• 5.4 CBN鉆頭和連續(xù)切削型鉆頭的對比驗證71-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻75-79
• 致謝79

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 馬保松,張祖培,孫友宏;鉆井工程用超硬材料及鉆頭的發(fā)展[J];地質(zhì)與勘探;1998年02期

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1 唐庭武;月壤深層鉆取采樣鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[D];哈爾濱工業(yè)大學;2012年

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本文編號：1080450