高静水压下海底多金属硫化物破碎机理的数值研究

摘要

深海矿物分布在几百米到几千米深的高静水压力环境中,矿物周围的高静水压力可能会显著影响其切割特性.为了研究高静水压下海底多金属硫化物(SMS)的破碎特性及其力学性能对破碎过程的影响,建立了高围压条件下截齿切割SMS的模型.采用了一种力链围压模拟静水围压的作用,围压能适应试样切削过程中的不规则边界并在切割过程中进行更新.在此基础上,分析了试样切削过程中裂纹演化过程、应力分布特征和载荷变化规律.结果表明:围压对切削过程有显著影响,随着围压的增加,刀具载荷线性增加,载荷波动减小,裂纹扩展受到抑制.同时,在高围压条件下,刀具的前刀面上产生条状切屑,表明其破坏模式由脆性模式向延性模式转变.