基于多体动力学模型集成的深海采矿系统联动仿真

采用多体动力学建模仿真程序Recur Dyn/Track构建海底履带式集矿机多体动力学模型,实现了海底底质特殊力学模型在集矿机多体动力学模型中的二次开发与集成。开展小型履带式试验样车行走性能测试,与相应二次开发多体动力学模型仿真结果相比较,进一步验证二次开发建模方法的计算准确性。基于多体离散元法,应用Recur Dyn Process Net平台进行二次开发,采用C#语言编写建立超长采矿管线多体离散元动力学模型的自动参数化建模计算程序。集成海底履带式集矿机多体动力学模型与采矿管线系统多体离散元动力学模型,实现了深海采矿整体系统的多体动力学模型集成构建与联动仿真,获得并分析联动过程各子系统空间运动状态变化、子系统间相互作用力变化等动力学特性,为实际深海采矿系统的整体集成设计、性能预测及作业操控提供了参考。     

深海采矿整体系统动力学建模及联动开采作业过程快速仿真分析

以国际海底区域多金属结核开采及我国深海采矿1000 m海试系统技术方案为工程背景,针对整体系统联动开采作业过程模拟研究的需要,提出并开发海底履带式集矿机单刚体快速动力学仿真模型。根据深海采矿系统整体运动与约束关系,将集矿机单刚体模型与扬矿管三维离散元模型相连接,组成深海采矿整体系统快速动力学仿真模型。提出两种新的整体联动开采作业方式——纵向联动折返式与横向联动折返式。通过分析、设计及仿真控制,实现两种整体联动开采作业方式的快速仿真分析。讨论集矿机按两种新提出的采集路径行走,同时采矿船拖曳扬矿管跟随集矿机运动时,整体系统的纵向与横向联动作业动力学特性。仿真分析结果表明,整体系统联动作业过程中各子系统均能保持在各自的稳定范围内运动,进而证明两种新提出的集矿机采集路径的可行性以及整体系统纵向与横向联动折返式作业方式的合理性。深海采矿系统整体联动开采作业过程动力学分析将为整体联动控制研究奠定基础,并为将来的深海采矿海试以及商业开采过程操控提供重要的理论分析基础与技术参考。     

六轮足地面无人车辆动力学建模及仿真研究

为了对六轮足无人车辆动力学特性进行研究,结合多体动力学理论,基于Recur Dyn仿真平台建立了路面系统模型和车辆动力学模型;选取典型路况、不同障碍对无人车辆进行多工况动力学仿真;仿真结果表明:所建三维路面模型能够较好的模拟实际随机路面;所建六轮足无人车辆模型越障性能较好,具有良好的通过障碍的能力。为六轮足无人车辆的设计和研究提供了模型参考。     

基于RecurDyn的履带移动机器人统一动力学仿真分析

针对履带式移动机器人的研究主要集中在履带式行走机构和不考虑车体在其他装置影响下,履带移动机器人的运动性能。以搭载6自由度机械臂的履带式移动机器人为研究对象,分别推出机械臂、履带移动平台的运动学方程和包含机械臂的整车统一动力学方程,并运用多体动力学软件Recur Dyn构建动力学模型。通过模型,分析了机械臂与履带移动平台在动态交互影响下,整车的行驶特性,得到了整车在不同预紧力、不同路面下的运动性能。结果表明,在机械臂动态影响下履带移动机器人的预紧力为8KN最为合适,且其在黏土上的各项行驶性能均优于干砂。     

人体下肢动力助行器的结构设计与仿真

针对下肢残障人士站立与行走的需求,提出一种新型外动力式助行器,并对其总体结构进行了设计。根据ZMP理论,分析了影响人体行走稳定性的因素,并且参考人体下肢尺寸与各关节特点,对助行器的机构进行设计。通过建立助行器虚拟样机模型,并使用Recur Dyn软件对其进行了运动学与动力学仿真,仿真结果表明,文中提出的助行器结构设计合理。     

基于ADAMS的复合轮式海底车动力学建模与仿真

针对深海富钴结壳和热液硫化调查区复杂多变的底质环境特征,设计了一种具有高越障性能的复合轮式海底车.利用ADAMS软件建立海底车的三维仿真模型,对其垂直越障过程进行动力学仿真分析,获得了海底车关键部件和整车的动力学特性曲线,为海底车路径规划和运动控制系统提供了理论依据.     

基于协同仿真的推弹机构动力学仿真研究

为实现某型推弹机构机电液系统一体化的虚拟样机建模,分别利用Recur Dyn和AMESim软件建立了输弹机构的多刚体动力学机械模型和液压系统控制模型,在MATLAB/Simulink平台建立起机电液耦合仿真模型并验证了其可信度,通过基于软件接口的协同仿真得到了输弹机构的动力学特性,为进一步的分析提供了平台和依据。     

履带式湿地系列推土机行走机构的仿真

采用多体动力学仿真软件RecurDyn的履带车辆子系统Track（LM）建立履带式湿地系列推土机多体动力学模型,对推土机的行走机构进行了仿真分析,着重对不同接地比压的履带式湿地推土机在相同含水量的路面运行过程中负重轮、驱动轮、履带销轴,以及斜支撑进行受力分析,提出结构改进优化建议及延长履带行走系统使用寿命的措施,为履带式湿地系列推土机的设计及使用提供参考.     

输送钢带的力学特性分析与仿真

为了满足钢带在传动过程中的强度和使用寿命要求,通过对输送钢带进行力学特性分析,得出了初始拉力、钢带厚度和滚筒直径是影响钢带应力变化的主要原因,以及最大应力可能出现的位置,并基于理论进行了钢带的运动分析和动力分析。最后利用Recur Dyn软件对钢带进行仿真,得出相关运动学和动力学曲线,与理论分析进行对比,为钢带输送的设计和计算提供参考。     

基于ADAMS的海底机器人行走液压系统仿真研究

1000m海底作业机器人是深海多金属结核采矿系统的关键技术之一。利用ADAMS／hydraulics动力学软件建立了海底作业机器人行走液压系统仿真模型，获得了履带速度和马达压力的响应特性，并对海底作业机器人在150m湖底的行走试验与仿真进行了对比研究，验证了海底作业机器人行走液压系统建模的正确性。     

深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备发展历程与趋势

海底岩芯取样钻机是开展海洋地质及环境科学研究、进行海洋矿产资源勘探和海底工程地质勘察所必备的关键技术装备。首先对世界深海岩芯探测取样技术与装备的发展历程进行了梳理,重点介绍了目前世界上几种典型的海底岩芯取样钻机性能、结构和技术特点;然后,分别对海底岩芯取样钻机中的稳定支撑及调平技术、取芯技术、钻杆钻具接卸存储技术、液压系统与压力平衡技术、光纤动力复合电缆供电与通讯技术、下放与回收技术等关键技术进行了分析;最后,分析和预测了深海矿产资源岩芯探测取样技术与装备的发展趋势--将朝着大型化、多用途化、智能化、专业化和便利化以及高保真取样方向发展。     

海底钻机母船收放机构动力学建模与分析

为确保海底钻机母船收放机构工作的可靠性,对母船收放机构的动力学特性进行了分析。首先,构建由收放油缸驱动的海底钻机母船收放机构的动力学模型;其次,建立了母船受到海浪扰动的运动方程,同时分析了由于收放油缸密封圈变形所引起的摩擦阻力对母船收放机构的影响;最后,采用Simulink建立了海底钻机母船收放机构的仿真模型,并应用该模型模拟四级海况下,当收放油缸匀速收回时,不同浪高对母船收放机构动力学性能的影响。仿真结果表明:液压系统压力、油缸驱动力、油缸总摩擦阻力以及各铰点的受力都随着收放油缸的逐渐收回而呈现周期性地减小。当浪高越高时,以上各参数的变化也越大,且在相同周期内各参数的变化幅值也越大。分析结果为海底钻机母船收放机构运动参数的确定提供了指导,同时也为以后研究波浪补偿、海底钻机母船收放机构自动控制提供了理论基础。     

多波束测深系统中的海底地形可视化技术研究

针对直接使用大数据量的离散深度数据实现海底地形可视化时,基于不规则三角网的海底地形建模速度慢、稳健性低的问题,提出一种联合矢积测试的子网合并双向缝合算法,设计了一种基于二叉树的动态分块合并机制。该算法能够避免相交三角形或线形三角形的产生并使缝合后新生成的初始三角形形状趋于最优,提高了子网合并速度与整个构网程序的稳健性,实现了基于快速Delaunay构网的海底地形建模和三维可视化。实验结果表明,该算法能够明显提高子网合并速度与程序稳健性,适用于大数据量离散测深数据的海底地形绘制。     

海底观测网接驳盒技术

利用海缆和接驳盒将布放在海底表面及海洋内的用于科学观测的仪器连成一个网络,并与陆地的因特网和电力网有机连接而组成的可实现长期、连续、实时的原位观测的海底观测网已经成为海洋科学研究的重要平台。研究和介绍海底观测网接驳盒所涉及的关键技术,包括接驳盒的电能供给及变换、高带宽通信与高精度对时、供电故障诊断与隔离、水下封装与设计等。基于所研究技术的接驳盒样机成功地进行水池和高压模拟试验、浅海运行试验、和深海组网试验等系列试验,并验证相关技术:基于直流变换的电能分配和供给方式可应用在海底观测网上;点对点的主干网光纤通信及多级树形结构的通信架构可满足海底观测网需求;独立端口的过电压、过电流和接地故障的诊断和隔离可提高系统的整体可靠性;模块化的封装结构和可维护的分离结构可降低成本并提高了系统的可维护性。     

不同收放速度对海上钻机收放系统影响分析

以深海钻机收放系统为研究对象,通过建立计入海水阻力的收放系统动力学模型,研究了不同收放速度对收放系统特性的影响。研究结果表明：受海水阻力的影响,钻机在入水前后,摆动角度和脐带缆张力均存在较大差异,海水阻力对两者具有显著的抑制效果。同时,随着下放速度的增大,钻机的摆动幅值和脐带缆张力的变化幅值将不断减小;随着回收速度的增大,钻机的摆动幅值将不断减小,脐带缆张力的最大值将不断增大。     

湖底热泉声学测温控制系统的研究

针对海底热液口温度场原位长期观测存在的问题,以湖底热泉为研究对象,将声学技术应用到湖底热泉温度场测量中。提出了利用16个水下声学换能器,以构建湖底热泉口声学测温系统的方法,阐述了温度场声学测量的基本原理。声源信号自动切换电路由单片机控制模块、电源模块、滤波模块和驱动模块组成,并介绍了该电路的原理与功能。基于LabVIEW平台,开发设计了自动数据采集程序,包括串口通信模块、信号发生模块、数据采集与存储模块。进行了云南省茄子山水库实验研究,验证了湖底热泉口声学原位一体化测温装置的可行性,精确地重建出了湖底热泉温度场。研究结果表明,构建的声学测温控制系统,能够满足湖底热泉口声学测温的实际工程需要,且精度较高。     

利用LabVIEW的海底采矿车行走控制系统研究

针对海底采矿车在海底难以实现自动行走控制的难题,以海底采矿车模型机为控制对象,基于CAN总线通信方式,设计适用于海底采矿的行走控制系统方案.以M公司的CompactRIO控制器为核心,开发行走控制系统的硬件系统.借助LabVIEW图形化编程环境,开发行走控制系统程序,实现海底采矿车在行走过程中数据采集、控制、监测、显示和分析等功能.模型机行走实验表明,所开发的行走控制系统能有效地实现采矿车行走、越障、越沟和爬坡等动作,达到了海底采矿车远程控制的要求.     

Development of mining technology and equipment for seafloor massive sulfide deposits

Seafloor massive sulfide(SMS) deposits which consist of Au, Ag, Cu, and other metal elements, have been a target of commercial mining in recent decades. The demand for established and reliable commercial mining system for SMS deposits is increasing within the marine mining industry. The current status and progress of mining technology and equipment for SMS deposits are introduced. First, the mining technology and other recent developments of SMS deposits are comprehensively explained and analyzed. The seafloor production tools manufactured by Nautilus Minerals and similar mining tools from Japan for SMS deposits are compared and discussed in turn. Second, SMS deposit mining technology research being conducted in China is described, and a new SMS deposits mining tool is designed according to the environmental requirement. Finally, some new trends of mining technology of SMS deposits are summarized and analyzed. All of these conclusions and results have reference value and guiding significance for the research of SMS deposit mining in China.     

海底热液口温度场高精度声学测量方法研究

介绍了海底热液口温度场原位声学测量的基本原理、总体最小二乘重建方法和抛物插值算法。在云南省龙陵县茄子山水库进行湖底试验研究,基于总体最小二乘重建方法准确地还原出湖底热泉的温度场原位分布;将抛物插值算法应用于声波飞渡时间延时估计,并对抛物插值前后重建出的温度场进行最大绝对误差、最大相对误差和均方根误差分析。实验表明:总体最小二乘重建方法和抛物插值算法可用于海底热液口温度场的原位测量,且重建精度比较高。