深海采矿浮力材料理论研究

为改善深海采矿输送系统的空间形状,减小管道对采矿车的作用力,本文提出用低密度、高强度的钛合金制成的、内部充满高压氦气的球壳均匀布置在输送管道上。然后,采用大型通用有限元分析软件ANSYS,建立该浮力球壳的有限元模型,分析了浮力球在承受海水压力作用下的稳定性,并分析了特征值屈曲模态形式和初始扰度、材料非线性对球壳结构稳定性的影响。结果表明,用ANSYS对浮力球壳进行分析是一种可行的方法;球壳材料非线性和初始扰度,对浮力球壳的极限载荷有很大影响。     

深海集矿车速度控制与轨迹跟踪设计及实现

对履带式集矿车进行了速度控制与轨迹跟踪系统设计,针对左右两边履带在相同输出情况下速度不一致现象,运用模糊控制调整左右履带速度差。根据长基线水声定位系统的原理设计实验室水池定位系统,在进行水下试验时实现对集矿车的精确定位与轨迹跟踪。实车水下试验结果证实,速度测量精确且稳定,加入模糊控制后左右履带速度达到平衡;水池定位系统可实现对集矿车的轨迹跟踪,行走轨迹表明集矿车可在水底自动直线行走,为集矿系统进行海试提供了基础保障。     

深海采矿集矿机的设计

集矿机是用于水深５０００ｍ左右，环境条件复杂恶劣的海底集其表层多金属结核矿石的设备。文章以深海采矿最新研究成果为依据，结合科学技术进步可能实现的目标，对工业开采使用的集矿机设计进行了探讨。     

深海采矿集矿装置的倾角监控

在深海采矿中，会遇到海底地形的起伏、倾斜变化，利用感应电路和判别电路进行采样，就可感应和判别出倾角大小及倾角方向的变化，然后由数据处理模板把采样数据送入测控数据库，结合集矿头高度参数进行运算，经功放后，分别控制集矿头上摆或下摆的电磁阀启动、停止，完成倾角调整。采样数据经ＤＭＣＳ网通讯接口，送至监督级操作站数据库，经数据、图像处理后，送至显示器显示，并输出地形变化趋势图形，为准确操纵集矿装置提供依据     

深海采矿输送软管几何非线性静力分析

根据深海采矿矿石输送软管挠度变化很大的特点，采用了几何非线性有限元理论对输送系统进行力学分析；根据输送管道在采矿船和采矿车的牵引下运动，同时受到管道和管内流体重力及海水浮力作用的情况，采用有限元分别对3种参数值的输送系统进行了计算分析。从计算结果的比较分析可知：简单输送系统不能满足深海采矿要求；在输送管道下端安装浮体，得到了一种十分理想的深海采矿系统；输送管道的密度对采矿系统的性能影响很大，应尽可能地采用密度小的输送管道。     

深海水力提升式采矿系统的研究

介绍深海水力提升式采矿系统所拟用的采矿船、提升系统、集矿机和监控系统，并就其结构、设备配置、设计要点和半工业试验结果等方面进行探讨，给出了本研究结果。     

基于不同路径的海底集矿车采集率的研究

针对深海采矿中海底集矿车采集路径问题, 在两种已有的直线式采集路径的基础上, 提出了一种新型的圆形前进式采集路径。针对这3种不同的采集路径, 采用理论分析的方法分析了采集率, 分别得到了3种采集路径采集率的解析式以及重复区域所占采集区域的比例即重复率的表达式。研究结果可为海底集矿车在采集路径的采集效率分析以及高效采集提供理论支持。     

深海浮游式采矿车性能的影响因素研究

游式采矿车（ROV采矿车）是切削头和集矿头作业的载体,是采矿系统的行走平台,该平台的性能直接关系到切削头和集矿头作业。因此根据钴结壳矿床赋存区矿岩的物理力学特性和微地形地貌特点,研究浮游式采矿车在钴结壳富存地面上的行驶特性,分析牵引性、稳定性。分析其部件受力情况,找出对浮游式采矿车作业性能有重要影响的因素,并进行尺寸预测,对于论证浮游式缆控水下机器人用于钴结壳开采的可行性具有重要的参考价值,对于钻结壳开采具有指导意义。     

深海集矿机测控系统的研究开发

采用基于Compact PCI 接口的工业控制计算机组成网络, 利用自行开发测控软件和监控软件, 综合利用DGPS、水声定位技术等, 实现对深海自行式水力集矿机的智能控制, 成功地进行了130 m 水深的采矿系统综合湖试。试验表明深海集矿机测控系统稳定、可靠, 满足集矿机测控要求, 为采矿系统1 000 m 浅海试验奠定了坚实的基础。     

基于OpenGL的深海采矿系统监测可视化

随着人类文明进展速度的加快，陆地资源日趋短缺和枯竭。为此，世界上许多国家开始把目光投向丰富的海洋矿产资源，并且把开发利用海洋资源作为基本国策，深海资源开采技术及装备已成为各先进工业国家的重要研究对象。1991年3月5日，中国大洋矿产资源研究开发协会(COMRA)在联合国登记为国际海底开发先驱投资者，1999年3月中国已在东太平洋海底最终圈定了一块7．5万km^2的“战略金属资源基地”。     

深海采矿系统软管段输送阻力损失研究

基于深海采矿软管输送模拟试验系统, 分析了不同混合物流速、不同颗粒粒径、不同颗粒体积浓度、不同软管形态条件下软管阻力损失变化特征, 为深海采矿系统软管设计提供参考。结果表明, 水力坡度随物料体积浓度增大而增大, 随粗颗粒粒径增加而呈下降趋势, 随软管弯曲度增大而增加。复杂形态软管中粗颗粒输送水力坡度变化与水平管道、垂直管道和倾斜管道具有一定的相似性, 对比分析了倾斜直管和软管的水力坡度, 拟合了复杂形态软管输送的水力坡度计算公式, 误差范围控制在1.6%以内。     

深海集矿作业车行走控制系统的研究

针对深海稀软底质上采集多金属结核的集矿作业车行走控制问题,采用了上位机-下位机控制模式。采用NI控制器、采集板卡和实时操作系统,基于LabVIEW进行控制系统的软件开发,综合利用惯导、多普勒计程仪(DVL)以及声学定位技术等进行作业车姿态测量和轨迹跟踪,采用分层控制策略实现对集矿作业车水下行走的智能控制。通过实验室水池实验,检验了集矿作业车控制系统的运行性能,为后续海上试验奠定了基础。     

基于航位推算的深海采矿车定位系统研究

针对深海钴结壳矿区地形不平坦, 采矿车作业环境恶劣, 车体打滑严重等复杂情况, 设计了一种基于从动轮测速的航位推算定位方法。用不同时刻、不同斜面复合三维地形的方法, 建立非平坦地形上作业采矿车的航迹推算模型, 采用电子罗盘、角位移传感器等测量采矿车的动态参数, 实现采矿车连续、实时定位。试验结果表明, 该定位系统能适应复杂的工作环境, 具有较高的定位精度。     

坐底式深海采矿系统力学分析

为了隔离中继站与软管及采矿车的相对运动,提出了一种坐底式深海采矿系统,建立了考虑波浪、海流等因素影响的采矿船、张紧器和输送管的全系统耦合分析模型,对各设计工况下张紧器张力、输送管等效应力以及挠性接头转角等参数进行了计算分析,结果均满足相关规范要求,验证了坐底式深海采矿系统的可行性和作业的安全性.     

不同构形扬矿软管的流固耦合模态分析

以1 000 m水深处100 m长扬矿软管为研究对象,以集矿机在作业范围中间点处形成的软管构形为参考构形,基于有限元理论,建立了两端为固定约束的软管在内流和外流共同作用下的流固耦合模型,研究了内流密度、内流粘度、软管直径及弹性模量对单拱和双拱2种不同构形软管流固耦合振动频率及振型特性的影响。结果表明,双拱构形软管的湿模态前六阶频率小于单拱构形软管; 随着内流密度增加,2种构形软管固有频率缓慢降低; 随着软管弹性模量和软管直径增加,软管的固有频率明显提高; 内流粘度改变对软管固有频率影响较小,可忽略不计; 内流密度、内流粘度、软管直径及弹性模量改变时,单拱和双拱2种不同构形软管的振型不发生变化。     

基于CFD方法的海底集矿机模型外形优化

为了减少深海集矿机在工作中所受到的水阻力、提高能量利用率, 利用流体力学软件, 通过求解RANS方程, 选择realizable k-ε湍流模型, 对集矿机模型在海底不同速度下行走进行了流场数值模拟, 得出了模型水阻力随速度变化的一般规律。根据计算结果对集矿机外形进行了优化设计, 得到了几种减小水阻力的优化模型, 数值计算结果表明, 优化模型的外形设计能有效减小集矿机水阻力, 可为今后集矿机外形设计提供参考。     

深海采矿扬矿实验系统相似条件及相似准数的确定

根据流体动力学原理,从深海采矿扬矿实验系统中流体动力学相似条件入手,利用数学分析方法,研究实验系统中各参数之间的关系,确定实验系统中几何相似、运动相似及动力相似条件以及应遵循的准数。结果表明,主要相似准数为雷诺数(动力相似准数)。试验时根据雷诺数的范围进行速度变化,从而实现运动相似,可为以后建立实验室及具体试验提供理论依据。     

深海采矿海上平台模拟系统的控制研究

基于OPTO22 SNAP控制器, 运用位置反解方法, 构建了深海采矿海上平台模拟六自由度系统。实验结果表明, 该系统可以模拟海上平台的运动姿态, 有助于采矿船与船上工作平台的隔离, 降低工作平台的大幅运动、减少对扬矿管的损伤。