深海蕴藏着丰富的能源资源,是人类社会谋求未来生存与发展的重要新疆域。在开发和利用海洋资源之前,首先需要对海洋有充分的认识。深海钻探取样技术是获取海底地层岩芯样品的重要手段。随着载人潜水技术的成熟发展,依托潜器的小型岩芯取样器因钻探作业方式更具灵活性和精准性,目前成为海底浅地层取芯研究的新方向。论文针对深海小型岩芯取样器钻取技术的难点,以及钻机的特性集中体现在取芯钻头上这一特点,对基于运载器的小型取芯钻头结构和钻进工艺参数进行了研究。根据岩石力学及前人的研究成果,从PDC取芯钻头切削齿受力的角度,阐述了单个切削齿和组合切削齿的破岩机理。通过对切削齿破岩过程中的力学分析,得出影响钻进速度的主要影响因素有岩石的性质、切削齿的结构参数和钻进工艺参数。对“蛟龙号”载人潜水器在不同工况作业条件下进行受力分析,得到钻进过程中潜水器所能承受的理论极限载荷。载人潜水器坐底作业时钻进压力约为166 N;加入压载系统作业时钻进压力约为500 N;加入下推螺旋桨作业时钻进压力为830 N。利用有限元分析,建立PDC取芯钻头单齿切削破岩非线性动力学仿真模型。通过分析切削齿的形状、侧倾角度、后倾角度、组合偏转角度对破岩效率的影响规律,得到后倾角度为20°、侧倾角度为10°的非整形切削齿（3/4圆形）对较硬岩层具有良好的破岩效果。建立PDC取芯钻头扭转钻进破岩非线性动力学仿真模型。通过分析切削齿非整形部位的安装位置和切削齿的数量对破岩效率的影响规律,得出非整形部分全部位于钻头内侧时破岩效果最好。在较高的钻进压力条件下,小的齿间距对钻头性能的影响发挥主要作用,随着切削齿数量的增加进尺位移变大;在较低的钻进压力下,单个切削齿上的钻进压力发挥主要作用,随着切削齿数量的增加进尺位移变小。在满足“蛟龙号”载人潜水器作业安全的条件下,分析了不同钻进压力和钻头转速对钻头的平均反扭矩和钻进加速度的影响规律,得出在钻头转速一定的条件下,平均反扭矩和钻进加速度随着钻进压力的增大而增大;在钻进压力一定的条件下,随着钻头转速的增大,平均反扭矩减小,钻进加速度增大。