深海采矿扬矿管非线性偏移特性研究

由于受海流及采矿船的拖航作用,深海采矿扬矿管会发生大偏移,这属于几何非线性问题。将扬矿管简化为非线性梁单元,利用T.L.描述方法建立了有限元模型,运用能量法推导了刚度矩阵,给出了液动力的计算方法及增量步内的Newton-Raphson迭代求解方法。分析了不同拖航速度、缓冲矿仓质量以及扬矿管与采矿船连接方式对扬矿管偏移的影响。计算结果表明,拖航速度和缓冲矿仓质量对扬矿管偏移有很大影响,而扬矿管与采矿船的连接方式对扬矿管的偏移几乎没有影响。为采矿系统的合理设计提供了理论分析方法和设计依据。     

深海采矿扬矿管重载被动型升沉补偿系统的研究

提出了一种采用蓄能器适用于深海采矿扬矿管升沉补偿的重载被动型升沉补偿系统,并进行了参数设计和仿真。系统具有负载大、功率消耗小的优点,仿真结果表明它能显著减小扬矿管升沉的加速度和位移。     

深海扬矿泵内固液两相流动模型研究

为选用合理的固液两相流动模型用于深海扬矿泵内矿物浆体的计算。针对深海海底矿物具有颗粒粒级跨度大且粒径大的特点,本文分别选用粗颗粒-均质浆体计算模型和固液两相混合物浆体计算模型,开展扬矿泵数值模拟分析。研究发现,粗颗粒-均质浆体计算模型计算得到的内部流场与固液两相混合物浆体计算模型得到的内部流场是相似的,所以该模型可以用来分析扬矿泵的内部流场;该模型减少了颗粒追踪数量可以节约计算时间;将两种计算方法得到的扬矿泵外特性与试验结果进行比较,发现该模型计算得到的泵扬程与功率均更接近试验结果,说明该模型在扬矿泵性能计算是有优势的。     

扬矿球铰接头的螺纹滑脱及脂密封性能分析

借鉴国内外深海采矿扬矿管接头,结合其作业环境设计了一种球铰接头,使扬矿系统不受弯矩和扭矩,相当于柔性管。采用能量损失法分析了螺纹脂密封性能,并用有限元法分析了螺纹的滑脱失效。分析结果表明,在中试系统矿浆流速下,深海采矿扬矿系统球铰接头部分螺纹机加工产生的自然通道螺纹脂有良好的密封性能。减小扬矿管系统承受的拉力,增大螺纹间的摩擦和螺纹间啮合齿数,可减小扬矿管接头滑脱的可能性,从而提高系统作业的可行性和安全性。     

基于最优控制理论的深海采矿扬矿管纵向振动控制研究

针对深海采矿系统中扬矿管的纵向振动问题,运用线性二次型最优控制理论的主动控制方法进行研究. 建立海洋环境下扬矿管的纵向运动方程,推导得到LQG(linear quadratic gauss)最优控制状态方程,并应用MATLAB编制模拟分析程序,仿真计算泵与中间舱的纵向振动时间历程和升沉补偿装置所需提供的控制力.结果表明,升沉补偿装置能有效实现扬矿管的纵向振动抑制,减少幅度高达75%,所需控制力符合1 000 m海试采矿系统方案的设计要求.     

基于EN 13445直接法的深海外压容器稳定性研究和影响因素分析

深入分析欧盟EN 13445标准直接法稳定性校核原理及应用准则,充分考虑实际工程中的材料非线性和几何非线性因素,建立基于EN 13445压力容器分析设计直接法的深海外压容器稳定性分析模型。根据深海外压容器稳定性校核危险工况,提出结构屈曲分析和稳定性校核方法,并在此基础上深入分析结构参数对深海外压容器稳定性的影响,构建深海外压容器分析设计的稳定分析和校核技术体系。最终开展2000 m深海外压容器高压舱外压试验,试验表明所述深海外压容器稳定性分析校核体系能够准确可靠地分析校核深海外压容器。为深海外压容器的稳定性校核和结构优化提供一种行之有效的方法,填补了深海外压容器稳定性研究方面的空白。     

引流式冷热水混合管混流效果影响因素分析

引流式冷热水混合管是应用文丘里原理来实现冷热水混合.冷水进口流速、热水进口管径和热水进口压力均影响出口水流温度的大小,在实际应用中需要掌握3种因素对出口水流温度的影响规律,以便控制出口水流温度的大小.应用Fluent软件对引流式冷热水混合管内部流场进行数值模拟分析,绘制出口水流温度在3种影响因素下的变化曲线,总结出3种因素对出口水流温度的影响规律,为引流式冷热水混合管的结构设计和工程应用提供理论依据.     

U型垂直地埋管换热器性能的影响因素分析

为了了解不同的设计参数对于换热器性能的影响,本文通过建立流体力学三维模型模拟了管长60²00m的地埋管换热器性能。研究结果显示,流体进口温度、流体速度和初始地下温度都对换热器性能有显著的影响,考虑到热通量和压降2个因素,推荐流速为0.5m/s。回填物和土壤的密度及比热对性能的影响小于导热率的影响。文中开发了一个简单的数学模型用于预测回填物和土壤,比热和导热率以及热通量的影响,预测结果与CFD结果高度符合。当换热器的长度从60m增加到200m,热通量下降,影响半径也变小。     

土壤源热泵垂直单埋管换热性能影响因素研究

针对影响土壤源热泵垂直埋管单管换热性能的几种因素进行分析研究，得到盘管特理特性与换热性能之间的内在联系，并利用数值计算方法得到供工程设计参考的优化设计数据。     

深海采矿输送系统参数分析

根据软管采矿系统对水力输送设备的要求,研究出储料罐与高压水泵组合输送的水力输送设备,使软管采矿系统在关键技术上取得突破;根据两相流理论,建立了储料罐与高压水泵组合输送的水力输送设备的设计理论,为该种水力输送设备的设计提供了理论依据;根据上述设计理论,对1000m钴结壳采矿中试系统和3000m钴结壳采矿系统的参数进行分析和研究,对储料罐与高压水泵组合输送的水力输送设备的可行性进行了论证。     

Analysis of kinematic systems: a generalized approach

The goal of the designer of kinematic systems is a deterministic and stable design. An analysis method must, therefore, be able to quantify both aspects. The generalized approach to the analysis of kinematic systems presented herein reduces the analysis of kinematic systems to simple matrix analysis. The system matrix containing the geometry of the system is introduced as the key to the analysis of kinematic systems. The procedure calculates the magnitudes of the contact forces from the external forces. Then Hertz's theory is used to estimate the deflections at the contact points, from which global error motions are computed. The method has been developed for two-body systems with an arbitrary number of unconstrained degrees of freedom. From these elementary building blocks, more complex systems can be assembled. We show how friction can be included in the model, based on simplifying assumptions. The quality/performance of the design can be checked at various points throughout the analysis. We show that the stability of kinematic systems is closely linked to the eigen values of the system matrix. The general formulation naturally includes previous work on such special cases as couplings and linear motion systems.     

300MN模锻水压机提升管道液压冲击仿真分析

针对300MN模锻水压机加压.提升过程中提升管道液压冲击较大的问题,建立水压机水路系统的AMESim仿真模型,设定加压-提升过程主分配器轴角度由170°～5°的变化时间t为1、0.5、0.3、0.1s,仿真分析提升管道中液压冲击值为27.8、89.6、100.5、146.8bar,并得出加压一提升过程主分配器轴角度由170°～5°的变化时间、提升管道压力、以及工作缸压力之间的关系.分析结果表明:加压-提升过程主分配器轴角度由170°～5°的变化时间缩短将使工作缸卸压不充分,引起提升管道较大的液压冲击.     

电梯制动器温度与制动力的影响因素分析

鉴于国家标准和特种设备安全技术规范TSGT7001—2009《电梯监督检验和定期检验规则-曳引与强制驱动电梯》对电梯制动器机械部件的安全要求,本文对电梯制动器在各种温度下的电阻率、提拉力进行分析。推导出了提拉力与电阻率的实时变化关系,计算出了提拉力在实际情况下的损失。为电梯使用单位及时对电梯机房采取降温措施,保障在用电梯安全平稳运行提供理论指导。     

柔性蠕动管道机器人结构设计和通过性分析

为提高对管道复杂环境的适应性,实现机器人平稳可靠行走,对柔性蠕动管道机器人进行了结构优化设计和管内通过性分析。该机器人采用柔性弹簧轴驱动和单向轮机构,靠自身的结构自适应性实现蠕动行走,并能在一定范围内自主适应管道内径和形状的变化。通过对蠕动机器人在直线管道的运动分析和受力分析,得到了机器人的蠕动行走条件。利用ADAMS仿真软件对机器人进行了运动仿真,验证了该机器人蠕动行走的可行性和行走条件的正确性。     

深沟球轴承失效故障分析

6020/P5轴承在使用过程中发生抱死故障。经对轴承的故障特征和理化分析,发现轴承在工作时承受了附加过大的轴向力,钢球的工作轨迹偏离正常位置使钢球的接触载荷增大,形成恶性循环,造成轴承卡死保持架断裂。     

在海水阻力作用下的深海采矿系统力学参数分析

根据深海采矿输送管道在采矿船牵引下运动,同时受到管道和管内流体重力、浮力和海水阻力作用的情况,采用有限元对输送软管进行了计算分析。从计算结果的比较分析可知:在输送管道下端安装浮体,得到了一种十分理想的采矿系统;海流和海浪对管道上端的结点反力有较大的影响,对管道下端的结点反力和管道的形状影响较小;采矿船运动对管道产生很大的阻力,对管道两端的结点反力和管道形状影响都很大。     

某深沟球轴承保持架断裂分析

某深沟球轴承在使用后出现保持架断裂故障。经对轴承的故障特征、理化分析和尺寸测量后发现,该轴承的钢球直径组差超差,引起接触应力增大以及附加振动载荷,导致滚道疲劳剥落和保持架断裂。     

Analysis of collapse in flattening a micro-grooved heat pipe by lateral compression

The collapse of thin-walled micro-grooved heat pipes is a common phenomenon in the tube flattening process, which seriously influences the heat transfer performance and appearance of heat pipe. At present, there is no other better method to solve this problem. A new method by heating the heat pipe is proposed to eliminate the collapse during the flattening process. The effectiveness of the proposed method is investigated through a theoretical model, a finite element(FE) analysis, and experimental method. Firstly, A theoretical model based on a deformation model of six plastic hinges and the Antoine equation of the working fluid is established to analyze the collapse of thin walls at different temperatures. Then, the FE simulation and experiments of flattening process at different temperatures are carried out and compared with theoretical model. Finally, the FE model is followed to study the loads of the plates at different temperatures and heights of flattened heat pipes. The results of the theoretical model conform to those of the FE simulation and experiments in the flattened zone. The collapse occurs at room temperature. As the temperature increases, the collapse decreases and finally disappears at approximately 130 ℃ for various heights of flattened heat pipes. The loads of the moving plate increase as the temperature increases. Thus, the reasonable temperature for eliminating the collapse and reducing the load is approximately 130 ℃. The advantage of the proposed method is that the collapse is reduced or eliminated by means of the thermal deformation characteristic of heat pipe itself instead of by external support. As a result, the heat transfer efficiency of heat pipe is raised.     

一种水管机器人的结构和弯道通过性分析

楼房自来水旧有金属管道的内衬涂覆可有效避免水在这种管道内输送时的二次污染,从而为直饮水推广提供必要条件,但在内表面处理后没有合适的技术来进行涂覆质量的检查,利用管道机器人可以实现这一目的.文中主要讨论了直径≤50 mm,曲率半径约75 mm管道机器人的机械结构的设计,并分析了机器人在弯道处的通过性.提出了一种新型的管外驱动的方式,极大地提高了机器人的行进速度和负载携带能力.通过采用SMA(shape memory alloy)作为主动导向驱动,在视觉系统的辅助下能够顺利地通过L型和T型管道.该机器人可望具有良好的越障、转弯能力和行进速度.