研制能获得有代表性的结壳样品以及结壳样品准确位置信息的载人潜水器钴结壳取芯器,为资源勘查、评价和矿区圈定提供可靠的基础数据,同时为开采技术提供实用的工程数据,不仅具有重要的勘探、资源评价和开发的经济价值,而且对维护国家权益具有十分重要的战略意义。 文章首先分析了海底取样技术的国内外研究现状和金刚石钻进技术的概况。然后从钴结壳与基岩的物理力学特性研究出发,结合孕镶金刚石的钻进机理,对破碎钴结壳和基岩所需的最小钻进力进行了分析。为取芯器能在项目所要求的微钻压下成功取芯提供了理论依据。以此为基础,通过对孕镶金刚石的钻进过程的微观分析以及影响钻进过程因素的定性分析,得出了保证取芯工作顺利进行的钻进力取值范围。为了准确的控制钻进力,作者在定性分析深海高压低温对粘度影响的基础上,对实验室和深海这两种不同环境下系统的压力传递情况进行了分析,并得出了这两种环境下的压力控制策略。 最后在取芯器的原型机上进行了最小钻进力试验,验证了理论分析的正确性。同时运用正交试验法对钴结壳和基岩模拟料进行了钻进取芯试验,探寻了保证钻进顺利进行的钻进工艺参数,理论分析结果与试验结果较吻合。 论文进行了具有工程实践价值的创新性探索,为深海钴结壳取芯器的成功海试提供了基础。