深层取心钻具冲击应力传递及其碎岩负载特性研究

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深层取心钻具冲击应力传递及其碎岩负载特性研究
我国探月工程三期利用取心钻具的回转进尺功能,计划获取月表2m以下的月壤样品。月岩在月表中分布广泛,硬度与体积较大,钻具破碎岩石需利用冲击作用提高钻进能力,因此对钻具冲击过程中力学特性的研究非常重要。
本文以探月工程三期取心钻具冲击破碎大尺度月岩为工程背景,针对由冲击驱动机构、钻具系统、岩石构成的冲击传递链,开展冲击应力传递及岩石破碎负载特性的研究,量化冲击能量的输入与输出关系。基于波动力学与冲击力学理论,获得冲击应力入射波形、衰减模型及破碎岩石的能量效率关系;针对钻具系统中的结构结合面,以等效刚体质量及等效阻尼为参量,获得冲击能量在结合面上的损失关系;由于钻具的压/弯/扭耦合特性,建立冲击应力在钻具中传递的横波、扭转波、弯曲波关系式。
利用多体动力学与有限元软件验证理论模型,为试验参数域的确定提供摸底预判。在全参数钻取平台上,研制冲击作动机构试验工装,采用光纤光栅、高速摄像机、六维力传感器、扭矩传感器作为冲击应力及负载数据采集手段,开展钻具冲击应力传递、碎岩负载特性的参数影响试验研究。
针对岩石与切削刃的相互作用关系,对岩石的性质及破碎形式 ...

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关键词：探月工程 相互作用 冲击作用 试验研究 数据采集