1、深海天然氣水合物的無(wú)擾動(dòng)保真取樣是通過(guò)大尺寸繩索取樣專(zhuān)用鉆柱帶動(dòng)刮刀鉆頭旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。鉆探取樣過(guò)程中,鉆柱的安全可靠性以及鉆頭對(duì)水合物巖層的擾動(dòng)情況直接關(guān)系到能否成功獲取海底天然氣水合物實(shí)物樣品。論文結(jié)合課題組多年對(duì)天然氣水合物取樣設(shè)備的研究成果,主要運(yùn)用數(shù)值模擬及理論計(jì)算的方法對(duì)天然氣水合物保真取樣系統(tǒng)的力學(xué)行為進(jìn)行深入研究。
　　 論文首先對(duì)大尺寸繩索取樣專(zhuān)用鉆柱進(jìn)行靜態(tài)有限元分析。在忽略動(dòng)態(tài)因素的前提下,對(duì)鉆柱進(jìn)行受力和變形

2、分析,找出鉆柱應(yīng)力集中部位,即危險(xiǎn)截面。并分析了扭矩、鉆壓、轉(zhuǎn)速等因素對(duì)鉆柱受力的影響,得出鉆柱等效應(yīng)力變化規(guī)律及撓度變形情況。
　　 論文在忽略鉆頭幾何尺寸的前提下,對(duì)鉆柱的振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行分析,得到鉆柱振動(dòng)的前10階固有頻率,確定鉆柱發(fā)生共振的臨界轉(zhuǎn)速,并分析鉆柱壁厚、鉆鋌長(zhǎng)度對(duì)固有頻率的影響,為防止鉆探取樣過(guò)程中鉆柱發(fā)生共振提供理論依據(jù)。
　　 論文在考慮慣性力和阻尼作用的影響的基礎(chǔ)上,對(duì)鉆柱進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析,研究鉆

3、柱在隨時(shí)間變化的載荷下軸向位移隨時(shí)間變化的規(guī)律,并分析了轉(zhuǎn)速對(duì)橫向波動(dòng)范圍的影響。
　　 論文通過(guò)設(shè)置鉆頭與水合物地層之間的剛-柔接觸模擬取樣過(guò)程,對(duì)取樣過(guò)程中鉆頭對(duì)水合物地層的擾動(dòng)情況進(jìn)行了模擬分析。研究鉆探取樣過(guò)程中鉆頭對(duì)水合物巖層的擾動(dòng)率,并提出減小擾動(dòng)的措施。
　　 最后,論文對(duì)鉆探取樣過(guò)程進(jìn)行瞬態(tài)熱應(yīng)力分析。在天然氣水合物鉆探取樣過(guò)程中,由于鉆頭與天然氣水合物地層之間存在切削摩擦作用,會(huì)產(chǎn)生大量的熱能,摩擦熱量