【摘要】：隨著陸地礦產(chǎn)資源的日益枯竭,海底礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用逐漸成為全球能源發(fā)展戰(zhàn)略的熱點。海底礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用的主要難點在于開采運輸機械設(shè)備的研發(fā),其中集礦機作為集礦機與管道提升結(jié)合式采礦系統(tǒng)的重要組成部分,對深海采礦的高效安全運行有著重要的作用。而由于深海稀軟底質(zhì)土的高含水率、低剪切強度特性,導(dǎo)致履帶式集礦機作業(yè)時容易出現(xiàn)打滑、黏土等現(xiàn)象,這不僅降低了集礦機的工作效率,也對其安全運行產(chǎn)生了嚴重的影響。本文首先對深海底質(zhì)土的率相關(guān)特性進行研究,并基于深海底質(zhì)土率相關(guān)牽引特性對集礦機履齒進行仿生優(yōu)化設(shè)計,以獲得具有較高牽引力的集礦機履齒。最后,對深海底質(zhì)土與金屬接觸界面的粘附特性進行研究,通過引入波峰間距參數(shù)對現(xiàn)有的JKR模型進行修正。本文取得的主要研究成果如下:1、本文通過不固結(jié)不排水三軸壓縮實驗測得了深海底質(zhì)土在不同加載速度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,發(fā)現(xiàn)在不同加載速度下,隨著深海底質(zhì)土應(yīng)變的增加,應(yīng)力呈現(xiàn)先增加后有小幅度降低的趨勢,且深海底質(zhì)土的屈服應(yīng)力隨著加載速度的增加而提高,材料的彈性模量也隨著加載速度的增加而略有增大,但總體差別不大。為此基于深海底質(zhì)土在不同加載下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,對有限元軟件中的率相關(guān)參數(shù)塑性應(yīng)變率、屈服應(yīng)力比進行標定,獲得了率相關(guān)擴展Drucker-Prager本構(gòu)模型。2、利用歐拉-拉格朗日算法對不同切削速度下仿生履齒切削深海底質(zhì)土的過程進行分析,并通過相同工況試驗對其進行驗證,確定了有限元模擬的計算精度。通過比較不同履齒的切削過程,發(fā)現(xiàn)仿生履齒相較于直板履齒在切削過程中使得土體產(chǎn)生更大的塑性區(qū)域,即會有更多土體承擔仿生履齒的作用,以此使履齒獲得更大的牽引力,此即為仿生履齒的增力機理。并以此建立了最大牽引力和仿生履齒參數(shù)的二元二次回歸方程,同時通過優(yōu)化算法獲得了仿生履齒的最佳齒形參數(shù)。基于深海底質(zhì)土的率相關(guān)特性,分析了最佳仿生履齒在不同行走速度下的牽引力特性,并建立了最大牽引力和速度的相關(guān)方程,以此獲得最佳行走速度,為提高深海集礦機的行走效率提供理論依據(jù)。3、本文基于不同波峰間距金屬表面與土顆粒之間的有限元模擬,探究了金屬表面波峰間距與土顆粒接觸界面的粘附力關(guān)系,通過引入波峰間距參數(shù)對JKR接觸模型進行修正。并通過優(yōu)化算法獲得了使土顆粒與金屬表面存在最小粘附力的波峰間距值,很好的反應(yīng)了金屬表面粗糙度對粘附力的影響,為實現(xiàn)金屬表面的減粘脫粘提供了理論基礎(chǔ)。
【圖文】：

我國的采礦系統(tǒng)

圖 1.2 集礦機湖試后履帶粘土情況狀的研究現(xiàn)狀對深海底質(zhì)土的成分、物理力學特性進行了研計提供了理論指導(dǎo)[14]-16]。Morten[17]等基于對圣分析，，重建了最后一次冰消期古海洋學和沉積洋、太平洋和印度洋的一些錳結(jié)核礦石用掃描以及礦物學研究，發(fā)現(xiàn)氧化物層由來自核心的磷酸鈣制成時是無定形二氧化硅，當核心由磷酸起源。Takebe[19]研究了西太平洋深海沉積物中探討了控制海洋沉積物稀土元素組成的主要因的以硅質(zhì)沉積為主的結(jié)核與北部和中部地區(qū)明
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD424;P736.3

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本文編號：2612499