基于触探方式的月壤临界尺度颗粒堆积工况的参数辨识
发布时间：2020-12-06 22:50
我国嫦娥五号月球探测器采用钻进方法对月球次表层土壤进行采样,而广泛分布于次表层中的临界尺度颗粒极易在钻进过程中积聚在钻头下方形成的聚积区,对钻进产生不利影响,如钻头磨损加剧、取心率降低、卡钻、跳钻等故障工况,导致月球采样任务的失败。该种工况产生时其力载参数表现与钻进岩石堵钻工况类似,仅用回转力载参数无法准确辨识,只能停机通过冲击钻进模式识别,并采用具有针对性的钻进工况予以解决,以避免对采样钻进任务造成不利影响。基于虚土桩理论建立在冲击作用(触探方式)下钻杆与月壤相互作用模型,采用分离变量法,在频域内得到任意载荷下作用下钻杆顶端位移频域响应及钻杆顶端速度频域响应的严格解析解。分析三种典型工况下被测对象参数对钻杆顶端频域响应的影响及钻杆参数变化时被测对象参数钻杆顶端速度频域响应的影响。对三种典型工况进行模拟冲击试验并采集数据,基于快速傅里叶变换处理数据得到频谱及功率谱。采用频谱分析对理论与单次冲击试验结果进行对比,三种工况下钻杆顶端速度频域响应理论曲线与实验结果轮廓曲线趋势一致,验证理论的可行性和准确性。通过多次冲击试验分析试验结果功率谱上峰值点的物理规律,选取能有效表征工况的频率值特征指...
【文章来源】：哈尔滨商业大学黑龙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Lllna，24采集的月壤实物图
１．２．２钻取采样故障工况识别的研究??乔治亚理工学院Ｇｅｏｒｇｉａ?Ｔｅｃｈ?［２２］采用激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）实时采集钻进过??程中钻杆的振动特征（如图１．３所示），分析研究了对星球钻进过程的自动结构诊断，??利用６种不同钻杆的振动模态分析对应的不同故障工况。但是这种方法使用了多个非接??触式的外部传感器，难以集成到星球空间环境钻探系统中。??聊｜?｜?｜??ｔ?钱：＂??ｉｗｆｔｗｉ．ｉＲ?ｒｔ?Ｋｕｎｆ?Ｄ?＊Ｖａｋｖｆ？？??图１．３?ＬＤＶ信息釆集及不同钻杆振动模态??哈尔滨工业大学史晓萌［２３，２４］在对钻进对象钻进特征提取及在线辨识方面，提出了一??种基于在钻进过程中采样的检测信号特征的可钻性识别方法，分析模拟月壤及模拟月岩??钻进状态的监测信号特征，对模拟月壤与模拟月岩的交界面进行了识别，虽然依据颗粒??的粒径对模拟月壤进行了分层制备，但研究只通过回转转矩和进尺力判断被钻土层性??质，且颗粒粒径属于对钻具功耗和取心率等指标影响较小的小尺度均质颗粒。李晟诚??提出了基于支持向量机辨识月壤钻进特性的方法，并对回转转矩的特征信号进行提取分??析
图１．４?ＤＡＭＥ试验装置??美国Ｈｏｎｅｙｂｅｅ机器人研宄中心设计了具备在线状态监测功能ＤＡＭＥ钻取试验装??置［３３＿３６］，钻取试验台（如图１．４所示）用于对月球、火星和其他地外天体进行采样探测??研究，通过提取钻杆的振动频信号，识别堵钻、卡钻、钻到坚硬物质等特殊钻进工况，??但其设计针对的被钻对象是硬质岩石，且无法对钻进对象的物理力学参数进行辩识。??－４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究[J]. 吴文兵,邓国栋,张家生,黄生根. 岩土力学. 2017(04)
[2]动力触探试验的分类及应用[J]. 张淑杰. 中国标准化. 2017(02)
[3]对钻具振动信号分析[J]. 许长生. 科技创新与应用. 2015(34)
[4]Drilling Power Consumption and Soil Conveying Volume Performances of Lunar Sampling Auger[J]. TIAN Ye,TANG Dewei,DENG Zongquan,JIANG Shengyuan,QUAN Qiquan. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(03)
[5]大颗粒岩块对月壤钻取过程的影响分析[J]. 刘天喜,魏承,马亮,赵阳. 岩土工程学报. 2014(11)
[6]非均质土中桩端扩散虚土桩法的桩基纵向振动研究[J]. 杨冬英,丁海平. 岩土力学. 2014(S1)
[7]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[8]用于地外星体探测的一种新结构取心钻头研究[J]. 邓宗全,田野,唐德威,姜生元,全齐全,肖洪. 机械工程学报. 2013(19)
[9]月壤钻探采样装置中的钻杆结构参数优化设计及模拟试验[J]. 田野,邓宗全,唐德威,姜生元,侯绪研. 机械工程学报. 2012(23)
[10]成层土中基于虚土桩模型的桩基纵向振动响应[J]. 吴文兵,王奎华,杨冬英,马少俊,马伯宁. 中国公路学报. 2012(02)
博士论文
[1]月壤钻进排屑模型与曲面螺旋式取心钻具研究[D]. 赵德明.哈尔滨工业大学 2016
[2]双螺旋阻隔式月壤取芯钻具设计及其性能研究[D]. 田野.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于离散元法的月壤钻取动力学研究[D]. 刘天喜.哈尔滨工业大学 2015
[4]模拟月壤钻进取芯力学建模及钻进策略研究[D]. 史晓萌.哈尔滨工业大学 2015
[5]改进的虚土桩法及其在非等截面桩纵向振动中的应用研究[D]. 王宁.浙江大学 2013
[6]基于虚土桩法的桩土纵向耦合振动理论及应用研究[D]. 吴文兵.浙江大学 2012
硕士论文
[1]井下钻柱振动测试方法研究[D]. 陈波.西南石油大学 2015
[2]月面钻进故障工况模拟及辨识方法研究[D]. 戴均.哈尔滨工业大学 2014
[3]月壤钻探取心钻进规程研究[D]. 李晟诚.哈尔滨工业大学 2013
[4]钻具振动信号的采集及应用研究[D]. 陈添.中国石油大学 2011
[5]虚土桩法可行性初步研究与分析[D]. 陈嘉熹.浙江大学 2008
[6]钻井过程中的故障诊断方法研究[D]. 袁俊和.中国石油大学 2008
本文编号：2902131
【文章来源】：哈尔滨商业大学黑龙江省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Lllna，24采集的月壤实物图
１．２．２钻取采样故障工况识别的研究??乔治亚理工学院Ｇｅｏｒｇｉａ?Ｔｅｃｈ?［２２］采用激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）实时采集钻进过??程中钻杆的振动特征（如图１．３所示），分析研究了对星球钻进过程的自动结构诊断，??利用６种不同钻杆的振动模态分析对应的不同故障工况。但是这种方法使用了多个非接??触式的外部传感器，难以集成到星球空间环境钻探系统中。??聊｜?｜?｜??ｔ?钱：＂??ｉｗｆｔｗｉ．ｉＲ?ｒｔ?Ｋｕｎｆ?Ｄ?＊Ｖａｋｖｆ？？??图１．３?ＬＤＶ信息釆集及不同钻杆振动模态??哈尔滨工业大学史晓萌［２３，２４］在对钻进对象钻进特征提取及在线辨识方面，提出了一??种基于在钻进过程中采样的检测信号特征的可钻性识别方法，分析模拟月壤及模拟月岩??钻进状态的监测信号特征，对模拟月壤与模拟月岩的交界面进行了识别，虽然依据颗粒??的粒径对模拟月壤进行了分层制备，但研究只通过回转转矩和进尺力判断被钻土层性??质，且颗粒粒径属于对钻具功耗和取心率等指标影响较小的小尺度均质颗粒。李晟诚??提出了基于支持向量机辨识月壤钻进特性的方法，并对回转转矩的特征信号进行提取分??析
图１．４?ＤＡＭＥ试验装置??美国Ｈｏｎｅｙｂｅｅ机器人研宄中心设计了具备在线状态监测功能ＤＡＭＥ钻取试验装??置［３３＿３６］，钻取试验台（如图１．４所示）用于对月球、火星和其他地外天体进行采样探测??研究，通过提取钻杆的振动频信号，识别堵钻、卡钻、钻到坚硬物质等特殊钻进工况，??但其设计针对的被钻对象是硬质岩石，且无法对钻进对象的物理力学参数进行辩识。??－４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑横向惯性效应时桩侧土-管桩-土塞纵向耦合振动特性研究[J]. 吴文兵,邓国栋,张家生,黄生根. 岩土力学. 2017(04)
[2]动力触探试验的分类及应用[J]. 张淑杰. 中国标准化. 2017(02)
[3]对钻具振动信号分析[J]. 许长生. 科技创新与应用. 2015(34)
[4]Drilling Power Consumption and Soil Conveying Volume Performances of Lunar Sampling Auger[J]. TIAN Ye,TANG Dewei,DENG Zongquan,JIANG Shengyuan,QUAN Qiquan. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(03)
[5]大颗粒岩块对月壤钻取过程的影响分析[J]. 刘天喜,魏承,马亮,赵阳. 岩土工程学报. 2014(11)
[6]非均质土中桩端扩散虚土桩法的桩基纵向振动研究[J]. 杨冬英,丁海平. 岩土力学. 2014(S1)
[7]嫦娥三号“玉兔号”巡视器遥操作中的关键技术[J]. 吴伟仁,周建亮,王保丰,刘传凯. 中国科学:信息科学. 2014(04)
[8]用于地外星体探测的一种新结构取心钻头研究[J]. 邓宗全,田野,唐德威,姜生元,全齐全,肖洪. 机械工程学报. 2013(19)
[9]月壤钻探采样装置中的钻杆结构参数优化设计及模拟试验[J]. 田野,邓宗全,唐德威,姜生元,侯绪研. 机械工程学报. 2012(23)
[10]成层土中基于虚土桩模型的桩基纵向振动响应[J]. 吴文兵,王奎华,杨冬英,马少俊,马伯宁. 中国公路学报. 2012(02)
博士论文
[1]月壤钻进排屑模型与曲面螺旋式取心钻具研究[D]. 赵德明.哈尔滨工业大学 2016
[2]双螺旋阻隔式月壤取芯钻具设计及其性能研究[D]. 田野.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于离散元法的月壤钻取动力学研究[D]. 刘天喜.哈尔滨工业大学 2015
[4]模拟月壤钻进取芯力学建模及钻进策略研究[D]. 史晓萌.哈尔滨工业大学 2015
[5]改进的虚土桩法及其在非等截面桩纵向振动中的应用研究[D]. 王宁.浙江大学 2013
[6]基于虚土桩法的桩土纵向耦合振动理论及应用研究[D]. 吴文兵.浙江大学 2012
硕士论文
[1]井下钻柱振动测试方法研究[D]. 陈波.西南石油大学 2015
[2]月面钻进故障工况模拟及辨识方法研究[D]. 戴均.哈尔滨工业大学 2014
[3]月壤钻探取心钻进规程研究[D]. 李晟诚.哈尔滨工业大学 2013
[4]钻具振动信号的采集及应用研究[D]. 陈添.中国石油大学 2011
[5]虚土桩法可行性初步研究与分析[D]. 陈嘉熹.浙江大学 2008
[6]钻井过程中的故障诊断方法研究[D]. 袁俊和.中国石油大学 2008
本文编号：2902131
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