钴结壳振动切削机理及实验研究

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1、中南大学硕十学位论文摘要钴结壳的剥离破碎是钴结壳开采过程中的重要步骤，因此寻找一种合适的钴结壳破碎方法是深海钴结壳资源开发的重要前提，本论文主要研究在振动和静态条件下破碎剥离钴结壳切削阻力的变化机理。本文从研究钴结壳模拟料动态本构模型出发，利用SHPB实验台，得到了钴结壳模拟料在冲击载荷作用下动态应力应变关系，并建立了理论动态本构模型，为仿真实验研究中材料模型的建立提供参考。然后运用断裂动力学理论，根据岩石动态断裂准则，从细观上分析了振动加载对钴结壳裂纹扩展的影响，得出了当能量作用密度达Nfl槛值后，一定频率范围内的加载应力波在裂纹的扩展中

2、才发挥作用。同时从宏观上分析了截齿的运动过程，建立了振动切削钴结壳的动力学模型，得出振动滚筒对地面的作用力只较大时，才能更有效的破碎。在此基础上，利用Ansys／LS—DYNA软件进行了仿真实验研究，探寻钴结壳模拟料裂纹尖端的应力变化情况和在各种切削参数组合下切削力的变化情况。根据仿真分析结果，结合现有实验条件，在振动切削破碎试验台上利用自行设计的八角环传感器对钻结壳模拟料进行了振动加载和静态加载切削力的测试实验，采用滚筒转动切削和平台移动切削两种切削方式，并对其变化规律进行了研究。得到了在不同切削参数下振动加载和静态加载时切削力的大小，而

3、且振动切削时切削力的波动较为平缓，力值要比静态切削时要小。最后，通过改变切削深度和振动频率等参数，进行了振动切削实验研究并将试验测试结果与仿真结果进行了对比分析。表明试验测试结果与仿真分析结果吻合。关键词动态本构模型，振动切削，瞬态载荷，LS．DYNA，八角环传感器中南人学硕十学位论文ABSTRACTIt’Sveryimportantsteptoremovecobalt-richcrustsinmining．Sofindingaproperwayforitisasignificantpreconditionincrashcobalt·ric

4、hcrustsexploitation．thedissertationWasmakingtheconditionofcuringforceofcobalt-richcrustsvibrationcuttingremovalinvibrationandinno．vibration．Fromthepointofviewoffracturingmechanismcombinedwiththedynamicstress—strainmodelanddoingtheSHPB(SplitHopkinsonPressureBar)experimentat

5、ion，theauthorfoundtherelationofdynamicstress—strainofsimulatematerialofcobaltcrustsunderimpactloading，andbuiltdynamicconstitutivemodelintheorywhichprovidedreferencestomaterialmodelinsimulationexperiment．Thentheauthorinreviewoffracturingdynamicsandrockdynamicfracturingrule，

6、analyzedtheeffectofcobaltcrusts’crackpropagationundertheimpactloading，andconcludedthatwhichareasoffrequencyofstresswavetookpartincrackpropagationwhentheenergyactiondensitygotthevalueofthreshold．Alsotheauthoranalyzedthemovementprocess，andestablisheddynamicmodelofvibrationcu

7、ttingfromwhichWegotthebiggerforceE，thebettereffectiveincuring．Onbaseofthat．WedidsimulationexperimentforunderstandingtheconditionofcuttingforceusingAnsys／LS·DYNAinanycase．Accordingtotheconclutionofthesimulationexperiment，AvibrationcuttingtestofforcesWascardedoutonaself-made

8、rockvibrationcuttingtest—bedbyoctagonalringdynamometer．Therotarycuttingandlinecuttingwere