随着人类对海洋资源逐渐重视,海洋中蕴藏的资源正在逐步进入大众的视野,世界各国都在积极进行海洋资源的开发利用。同时,由于各国对海洋资源的利用过程中存在的争端,加重了领海区域的冲突。深海采矿设备的海底安装、潜水器和潜艇等在深海着陆、深海鱼雷的埋放等都需要提前了解深海表层沉积物的抗剪强度,加强我国对领海区域的控制权等都需要对深海沉积物的力学性能有一定的了解。本文研究的可抛弃式海底贯入仪可以实现对深海表层沉积物力学性能的粗略测定,为后续详细数据测量提供前提保证。首先阐述了国内外关于深海表层沉积物力学性能中各物理量测定设备的研究和发展情况,综合国内外发展现状及深海表层沉积物抗剪强度测定的工作原理和深海海底实际的工作环境,提出一种新型的测量抗剪强度的方法,设计一种成本低廉、操作简单、检测迅速的测量设备——可抛弃式海底贯入仪,使之完成对深海表层沉积物力学性能中抗剪强度的测量。根据设备测量时的工作原理选择相应的电子元件模块,根据各模块的工作原理将各模块进行组合,使其具有特定的测试功能,将设计的模块进行焊接,使之成为具有一定工作能力的传感器。设计制作完成后,传感器可以进行运动过程中加速度的测定工作、定位信号的发射工作、蓝牙模块的信息交互工作以及电磁铁模块吸附、释放等工作。根据传感器的尺寸完成可抛弃式海底贯入仪的浮力块系统以及主体设备零部件整体的三维建模,根据实际工作情况选择相应的密封方式进而进行密封槽的尺寸设计,根据耐压元件的计算校核公式对设计的耐压件进行计算分析。根据可抛弃式海底贯入仪的工作原理及运动过程,对所设计的可抛弃式海底贯入仪进行相应结构的有限元仿真分析。利用Solidworks软件对设备的浮力块系统和可抛弃式海底贯入仪主体设备进行三维建模,然后利用有限元软件Workbench完成O型圈安装和工作时的受力分析,并根据O型密封圈的选择对密封槽尺寸进行设计,利用有限元分析软件完成对设备主体和浮力块系统的耐压分析,以确保设备主体壳体和浮力块系统可以在水深7000米的深海环境下的正常工作的要求且密封效果良好。利用有限元分析软件下的流体动力学分析软件Fluent和数据处理软件Matlab对可抛弃式海底贯入仪主体设备的触探头进行优化设计。将可抛弃式海底贯入仪主体下部分的撞击头尺寸设计为一系列梯度的尺寸,利用Fluent软件对不同尺寸触探头对应的设备进行流体动力学分析,求解不同尺寸的设备对应的海水阻力值,将得到的阻力值用Matlab进行数据处理,利用三次样条插值法将数据处理成平滑曲线并求解出阻力值最小处对应的设备的尺寸值,并求解该尺寸值触探头在水中运动时的阻力值,将求得的阻力值与之前求解的阻力数值相比较,以确保该尺寸值为阻力最小点。对设计的电器元件和机械结构加工后,进行实验。首先对电器元件和机械设备模拟深海工况进行耐压分析,耐压分析完成后进行室内实验。选择不同类型的土体模拟深海表层沉积物,利用可抛弃式海底贯入仪测量待测土体的抗剪强度,再利用十字板剪切试验方法测量待测土体的抗剪强度,将得到的两组数据相比较,得到一个系数范围,该系数范围就是两种测量方法的转化系数范围。