| 摘要 | 第4-7页 |
| Abstract | 第7-9页 |
| 第1章 绪论 | 第17-35页 |
| 1.1 研究背景与意义 | 第17-18页 |
| 1.2 孕镶金刚石钻头国内外研究现状 | 第18-25页 |
| 1.2.1 孕镶金刚石钻头国外研究现状 | 第18-22页 |
| 1.2.2 孕镶金刚石钻头国内研究现状 | 第22-25页 |
| 1.2.3 孕镶金刚石钻头研究现状总结 | 第25页 |
| 1.3 生物耦合功能原理及耦合仿生理论研究 | 第25-33页 |
| 1.3.1 自然界中典型生物耦合耐磨、减阻及自再生功能原理 | 第25-32页 |
| 1.3.2 耦合仿生学概述及其意义 | 第32页 |
| 1.3.3 耦合仿生理论在钻探工程中的应用 | 第32-33页 |
| 1.4 本文主要研究内容 | 第33-35页 |
| 第2章 仿生耦合孕镶金刚石试样被动磨削耐磨增效性能的研究 | 第35-55页 |
| 2.1 引言 | 第35页 |
| 2.2 孕镶金刚石试样的耦合仿生设计 | 第35-38页 |
| 2.2.1 仿生耦合孕镶金刚石试样的非光滑形态功能耦元设计 | 第35-36页 |
| 2.2.2 仿生耦合孕镶金刚石试样的自再生结构功能耦元设计 | 第36-37页 |
| 2.2.3 仿生耦合孕镶金刚试样的自润滑材料功能耦元设计 | 第37-38页 |
| 2.3 仿生耦合孕镶金刚石试样的制备 | 第38-44页 |
| 2.3.1 模具设计 | 第38-39页 |
| 2.3.2 试样材料的选取和预制 | 第39-42页 |
| 2.3.3 试样的制备 | 第42-44页 |
| 2.4 试验原理和方法 | 第44-47页 |
| 2.4.1 磨耗比测试试验原理 | 第44-45页 |
| 2.4.2 测试方法 | 第45-46页 |
| 2.4.3 试验结果 | 第46-47页 |
| 2.5 仿生耦合孕镶金刚石试样磨损行为分析 | 第47-54页 |
| 2.5.1 宏观磨损形貌分析 | 第47-49页 |
| 2.5.2 磨损性能分析 | 第49-50页 |
| 2.5.3 微观磨损形貌分析 | 第50-54页 |
| 2.6 本章小结 | 第54-55页 |
| 第3章 仿生单元体对仿生耦合试样主动磨削磨损行为的影响 | 第55-73页 |
| 3.1 引言 | 第55页 |
| 3.2 仿生耦合孕镶金刚石试样的设计 | 第55-56页 |
| 3.2.1 仿生试样表面不同非光滑度的设计 | 第55-56页 |
| 3.2.2 仿生单元体不同尺度的设计 | 第56页 |
| 3.3 仿生耦合孕镶金刚石试样的制备 | 第56-58页 |
| 3.3.1 模具设计 | 第56-57页 |
| 3.3.2 试样材料的选取 | 第57-58页 |
| 3.3.3 试样的制备 | 第58页 |
| 3.4 仿生耦合孕镶金刚石试样的主动磨削摩擦磨损试验 | 第58-62页 |
| 3.4.1 试验仪器 | 第58-60页 |
| 3.4.2 试样夹具的设计 | 第60页 |
| 3.4.3 试验原理及方法 | 第60-62页 |
| 3.4.4 试验结果 | 第62页 |
| 3.5 摩擦磨损试验结果分析 | 第62-71页 |
| 3.5.1 磨损形貌分析 | 第62-66页 |
| 3.5.2 非光滑度对仿生试样磨损行为的影响分析 | 第66-68页 |
| 3.5.3 仿生单元体尺度对仿生试样磨损行为的影响分析 | 第68-71页 |
| 3.6 本章小结 | 第71-73页 |
| 第4章 仿生耦合孕镶金刚石钻头微钻台架试验研究 | 第73-105页 |
| 4.1 引言 | 第73页 |
| 4.2 仿生耦合孕镶金刚石微钻头的耦合仿生设计 | 第73-76页 |
| 4.2.1 仿生耦合孕镶金刚石微钻头整体结构设计 | 第73-74页 |
| 4.2.2 仿生耦合孕镶金刚石微钻头非光滑排布的设计 | 第74-75页 |
| 4.2.3 仿生耦合孕镶金刚石微钻头钻齿自再生结构的设计 | 第75-76页 |
| 4.3 微钻头胎体材料的选取及力学性能的测试 | 第76-81页 |
| 4.3.1 胎体材料的选取 | 第76页 |
| 4.3.2 试样的设计与制备 | 第76-78页 |
| 4.3.3 压入硬度测试 | 第78-80页 |
| 4.3.4 抗弯强度测试 | 第80-81页 |
| 4.4 仿生耦合孕镶金刚石微钻头的制备 | 第81-88页 |
| 4.4.1 模具设计 | 第81-84页 |
| 4.4.2 孕镶金刚石微钻头材料及用量计算 | 第84-86页 |
| 4.4.3 仿生耦合孕镶金刚石微钻头的烧结与加工 | 第86-88页 |
| 4.5 仿生耦合孕镶金刚石微钻头台架试验 | 第88-91页 |
| 4.5.1 试验设备 | 第88页 |
| 4.5.2 试验方法及原理 | 第88-90页 |
| 4.5.3 试验数据 | 第90-91页 |
| 4.6 仿生单元体排布对仿生微钻头钻进性能的影响分析 | 第91-95页 |
| 4.6.1 仿生单元体排布对仿生微钻头钻进能力的影响 | 第91-93页 |
| 4.6.2 仿生单元体排布对仿生微钻头耐磨性能的影响 | 第93-95页 |
| 4.7 胎体力学性能对仿生微钻头钻进性能的影响 | 第95-98页 |
| 4.7.1 胎体力学性能对仿生微钻头机械钻速的影响 | 第95-97页 |
| 4.7.2 胎体力学性能对仿生微钻头耐磨性能的影响 | 第97-98页 |
| 4.8 仿生自再生功能对仿生微钻头钻进性能的影响 | 第98-103页 |
| 4.9 本章小结 | 第103-105页 |
| 第5章 仿生耦合孕镶金刚石钻头服役过程数值模拟 | 第105-127页 |
| 5.1 引言 | 第105页 |
| 5.2 钻头简化模型接触压力分析 | 第105-110页 |
| 5.3 钻头接触仿真分析 | 第110-115页 |
| 5.3.1 有限元模型建立 | 第110-111页 |
| 5.3.2 材料参数及边界条件设置 | 第111-112页 |
| 5.3.3 计算结果分析 | 第112-115页 |
| 5.3.3.1 钻头模型底唇面等效应力对比分析 | 第112-113页 |
| 5.3.3.2 岩石表面等效应力对比分析 | 第113-114页 |
| 5.3.3.3 钻头模型扭矩对比分析 | 第114-115页 |
| 5.3.3.4 岩石侵入能对比分析 | 第115页 |
| 5.4 流体力学控制方程及湍流模型 | 第115-119页 |
| 5.4.1 控制方程 | 第115-117页 |
| 5.4.2 湍流模型 | 第117-119页 |
| 5.5 钻头流场传热仿真分析 | 第119-125页 |
| 5.5.1 钻头模型建立 | 第119-121页 |
| 5.5.2 边界条件设置 | 第121-122页 |
| 5.5.3 计算结果分析 | 第122-125页 |
| 5.5.3.1 模型温度场对比分析 | 第122-123页 |
| 5.5.3.2 模型流场对比分析 | 第123-125页 |
| 5.6 本章小结 | 第125-127页 |
| 第6章 仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨增效机理与耦合机制 | 第127-147页 |
| 6.1 引言 | 第127页 |
| 6.2 传统孕镶金刚石钻头的碎岩机理和磨损特征 | 第127-129页 |
| 6.2.1 传统孕镶金刚石钻头的碎岩机理 | 第127-128页 |
| 6.2.2 传统孕镶金刚石钻头的自锐过程 | 第128页 |
| 6.2.3 传统孕镶金刚石钻头的磨损特征 | 第128-129页 |
| 6.3 仿生耦合孕镶金刚石钻头耐磨机理分析 | 第129-135页 |
| 6.3.1 磨屑捕集效应 | 第129-131页 |
| 6.3.2 自润滑效应 | 第131-132页 |
| 6.3.3 减粘脱附效应 | 第132-133页 |
| 6.3.4 应力均布效应 | 第133-135页 |
| 6.3.5 快速散热效应 | 第135页 |
| 6.4 仿生孕镶金刚石钻头增效机理分析 | 第135-139页 |
| 6.4.1 周期卸荷效应 | 第135-137页 |
| 6.4.2 单位钻压的提升效应 | 第137-138页 |
| 6.4.3 增加岩石润湿度效应 | 第138-139页 |
| 6.5 仿生孕镶金刚石钻头自再生机理分析 | 第139-141页 |
| 6.5.1 自再生、自修复能力 | 第139-141页 |
| 6.5.2 自适应能力 | 第141页 |
| 6.6 仿生耦合孕镶金刚石钻头的耦合机制及效能评价 | 第141-145页 |
| 6.6.1 仿生功能耦元的耦合作用机制 | 第141-142页 |
| 6.6.2 多元耦合仿生效能评价 | 第142-144页 |
| 6.6.3 仿生耦合孕镶金刚石微钻头多元耦合仿生效能 | 第144-145页 |
| 6.7 本章小结 | 第145-147页 |
| 第7章 结论与展望 | 第147-151页 |
| 7.1 结论 | 第147-149页 |
| 7.2 创新点 | 第149页 |
| 7.3 展望 | 第149-151页 |
| 参考文献 | 第151-169页 |
| 作者简介及在学期间科研成果 | 第169-171页 |
| 致谢 | 第171页 |
