深海沉积物保压转移装置研究

摘要

随着深海探测技术的发展，深海资源的开发价值逐渐被挖掘出来。与传统地表微生物不同，深海微生物由于长期处于极端环境，其生理结构和活动特征非常独特，在生命科学研究、工业生产、基因资源开发等等领域均有着不可估量的应用前景。与之对应的是，尚还处于发展初期的深海微生物研究设备，往往难以保证取样回来的微生物的活性，其关键难点在于保压。要在内压数十兆帕的环境进行取样操作，这无疑增加了设计的难度。本文旨在提出一套针对深海沉积物的从取样到培养釜的整体解决方案。目前，国内在沉积物取样系统，深海微生物培养系统等方面有较多研究，但是，对于如何将取样器中的沉积物样品转移的培养系统用于微生物培养的方法则介绍得很少。本文设计的深海沉积物保压转移装置可以用于解决这一问题。
　　全文共分为六章。
　　第一章，首先介绍了深海取样及深海微生物研究的背景知识，然后分析了国内外在深海沉积物及微生物研究方面所做出的努力，由于国内尚无成熟的深海微生物系统分析方案，亟需在保压转移设备的研制，借此提出了本课题研究的目的、意义和主要内容;
　　第二章，简要介绍了与深海沉积物保压转移装置配套的取样器、培养系统等装置的相关信息，为确定设计目标提供了依据，然后从机械结构、液压系统和电控系统等三个方面提出了保压转移装置的总体方案;
　　第三章，涉及到系统机电液三方面的具体计算，根据总体设计方案，从零部件的角度提出设计准则，对诸如取样筒、齿轮、齿轮条、保压筒、蓄能器、电机等一些部件进行了计算分析，同时利用有限元分析软件Ansys对部分关键部件进行校核和结构优化，实现安全性和经济性;
　　第四章，针对机械系统提出了利用虚拟样机软件ADAMS实现对保压转移装置中机械执行机构的仿真，首先介绍了虚拟样机模型建立的方法及注意问题，然后对所建立的模型进行了运动学和动力学仿真分析，验证保压转移过程的运动规律，提供用于装置改进的参数分析;
　　第五章，利用前述的计算结果搭建试验样机，重点介绍了其中的机械结构以及电控组件的选择，然后进行位移及子采样试验，验证该机械结构的可行性;
　　第六章，总结与展望，概述了深海沉积物保压转移装置的研究成果，并通过指出其存在的不足对进一步的研究工作进行了展望。

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外发展现状

1．2．1 保压样芯分析和转移系统Pressure Core Analysis and Transfer System (PCATS)

1．2．2 HYACINTH系统

1．2．3 保压样芯特征分析工具Pressure Core Characterization Tools (PCCT)

1．3 课题的意义和目的

1．4 课题的主要研究内容

1．5 本章小结

第2章 保压转移装置整体设计方案

2．1 对接设备介绍

2．1．1 深海沉积物保真取样器

2．1．2 深海微生物保真培养装置

2．2 设计标准及研究目标

2．3 保压转移装置总体方案

2．3．1 机械结构设计

2．3．2 液压系统设计

2．3．3 电控系统设计

2．4 本章小结

第3章 设计计算及关键部件有限元仿真

3．1 机械结构设计计算

3．1．1 取样筒分析计算

3．1．2 齿轮副分析计算

3．1．3 齿轮条分析计算

3．1．4 保压筒分析计算

3．2 液压系统设计计算

3．2．1 蓄能器计算

3．3 电控系统设计计算

3．3．1 伺服电机分析计算

3．3．2 可编程控制器

3．4 本章小结

第4章 保压转移装置的虚拟样机仿真

4．1 虚拟样机模型的建立

4．1．1 几何建模

4．1．2 约束及载荷添加

4．2 仿真分析

4．2．1 模型动力学分析

4．3 本章小结

第5章 样机搭建与试验研究

5．1 试验样机搭建

5．1．1 样机试验平台组成部分

5．1．2 电控平台搭建

5．1．3 相似性分析

5．2 取样过程研究

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献