深海科学研究与资源能源开发工程活动及海洋安全国防工程,已经进入全海深时代,迫切需要准确获悉深海沉积物的力学性质。目前国际上还没有一套能够实现全海深海底沉积物贯入阻力、孔隙水压力、剪切强度精准测试的装置。全海深沉积物力学性质指标精准量测的关键技术难点在于:如何在高压力背景下精准感知微小压力增量、如何减少测试装置着陆对软弱沉积物扰动、如何在保障测试装置着陆稳定的前提下实现探杆和取样管的大行程贯入、如何应用测试数据正确评估沉积物力学性质,以及如何在不具备万米以上绞车的科考船上实现全海深测试。本文以其中海底沉积物剪力强度测量装置为研究对象,研制了 一种可集成于深海着陆器的全海深十字板剪切模块。本文内容包括六章。第一章为绪论,主要阐述了本课题的研究背景及意义,介绍了深海沉积物力学性能的国内外研究现状,同时指出目前该研究存在的技术难点,最后介绍本文的主要研究内容。第二章是对十字板剪切模块进行结构设计。在满足大行程贯入深度的要求后,分别对该模块在贯入和剪切状态下进行有限元分析,确保整个模块能够安全可靠的工作。第三章是对模块中的扭矩传感器进行设计研究。介绍了扭矩测量方法的分类,确定了扭矩测量的方法,分析了电阻应变效应和感应轴受力的理论。通过对应变片进行高压试验,获得了应变片阻值变化和压力变化的关系,为消除高压环境对扭矩测量的影响提供理论基础。最后,对扭矩传感器进行结构设计,进一步确定扭矩传感器内部的动力装置和减速机的型号。第四章是对深海贯入装置的液压单元进行研究。设计了符合工作要求的深海液压单元,研究了所选型号液压油在全海深环境下的粘-温特性、粘-压特性和弹性模量。同时,设计了安装于深海着陆器的阀箱,并着重对阀箱上的压力补偿装置进行研究。第五章是对泵控缸动力机构进行研究。首先介绍了液压控制技术和分类,其次介绍了所设计的伺服直驱式液压控制系统,并且对液压控制系统进行数学建模,最后将真实数据带入数学模型中,通过Simulink进行仿真分析,获得液压控制系统的伯德图。结果表明:通过运用对数稳定判据,判断系统具有很好的稳定性。第六章是基于AMESim/Simulink的泵控缸动力机构的联合仿真。首先介绍了软件的基本内容和联合仿真的设置,然后在AMESim中对第四章中所设计的液压系统进行建模、分析与研究,最后通过仿真分析了传统PID和模糊PID两种控制器在深海环境下的性能。结果表明:模糊PID控制器比传统的PID控制器具有更快的响应速度和更强的抗干扰能力。最后是对全文进行总结,并对今后提出展望。本文对十字板剪切模块进行研究,通过仿真分析验证了该模块在深海能安全稳定地运行。对该模块所涉及的液压油、压力补偿装置和液压控制部分进行了研究,为同类海底沉积物力学性能测量装置的研究提供了研究基础。