深海海底采矿扬矿管系统的三维动态分析

对于过去文章中提出的从5000m和6000m深的海底开采锰结核的2种扬矿管模型，分别完成了时域内垂直状态下轴向强迫振动和三维拖曳特性的非线性动态分析。所用的海底采矿分析方法以集中质量法和增量迭代法为基础。用纽马克（Newmark）方法进行时间积分。水中的泵及缓冲器看作刚体。基于模拟分析，对扬矿管设计的两个问题进行了讨论：管的结构强度和采矿作业的总体集中控制。     

深海采矿扬矿管横向运动特性

将扬矿管考虑成弹性梁，通过分析梁单元在垂直平面所受的各种横向载荷的影响，建立梁单元横向振动的数学模型，同时根据扬矿管的边界条件，利用伽疗金法，对运动方程进行求解。求出扬矿管相对于船的偏移、扬矿管的弯曲应力以及在不同拖航速度及不同时刻扬矿管的偏移和弯曲应力的变化规律，给扬矿管的整体设计提供依据。     

深海采矿扬矿管横向液动力分析

深海采矿扬矿管上的横向 由两部分组成;海流作用力、波浪作用力。本文从理论上分析了海流速度,涨浪水质点速度和加速度、扬矿管直径、海水密度对横向液动力的影响,并且根据摩尔森公式得出了扬矿管所受的横向液动力。     

深海采矿扬矿管非线性变形分析

深海采矿系统扬矿管道不仅承担了运输矿石的功能,而且承受了整个系统大部分的重力,并且还受到海水绕流阻力、管道内外的压力、以及波浪引起的动载荷的综合作用,其变形及应力情况都很复杂,给系统的正常工作带来隐患。综合运用力学知识,运用有限元的思想,将整个管道离散化,使用迭代法编程求解出了每一部分的变形,并绘制出多种情况下的变形曲线。通过对扬矿管的非线性变形分析,得出了采矿船相对洋流的速度将是影响扬矿管变形的决定性因素的结论,对扬矿管的设计及强度校核具有较高的参考价值。     

深海采矿扬矿管工艺参数的模拟研究

本文介绍了大洋采矿工艺参数的数学建模 ,利用计算机模拟结果 ,分析了水力扬矿系统工艺参数之间的变化规律 ,提出了一种用于最优匹配的方法。     

深海采矿扬矿管非线性动态特性研究

深海采矿扬矿管受海浪、海流及采矿船的拖航作用产生大偏移。将扬矿管简化为梁单元,建立了几何非线性有限元模型,分析了液动力的计算方法,给出了增量平衡方程以及Newmark迭代方法。分析了采矿船在变速条件下扬矿管的偏移构型、运动速度、加速度及弯曲应力。扬矿管底端（即缓冲矿仓处）偏移位移达319.02m,扬矿管在顶部弯曲应力达13.1034MN/m^2。     

5000m扬矿管纵向振动研究

运用有限元的方法对深海采矿系统中的扬矿管进行了静力分析和动态分析,将５０００ｍ扬矿管等分成２０个两节点梁单元,应用等效线性化方法及结构对地震的反应原理建立了扬矿管纵向运动模型．采用ＡＤＩＮＡ有限元分析软件．通过研究在海水中不同海浪周期下扬矿管的振动特性可知：扬矿管的一阶纵向共振周期处于海洋中海浪通常出现的周期范围内;共振时扬矿管顶端与末端的纵向振动的相位差接近１８０°,产生轴向应力很大,给管子的设计和操作带来极大的影响．     

5000m扬矿管的纵向振动

运用有限元的方法对深海采矿系统中的扬矿管进行了静力分析和动态分析。采用ＡＮＤＩＡ有限元分析软件,通过研究在海水中不同海浪周期下扬矿管的振动特性可知,扬矿管的一阶纵向共振周期处于海洋中海浪通常出现的周期范围内;共振时扬矿管顶端与末端的纵向振动的相位差接近π／２,产生轴向应力很大,给管子的设计和操作带来极大的影响。     

深海采矿扬矿管纵向振动的有限元分析

建立了深海采矿扬矿管的纵向振动微分方程,应用矩阵迭代法求取扬矿管的固有频率和固有振型,使用MAT-LAB得到了扬矿管固有频率,并绘制扬矿管的固有振型曲线。采用直接积分法中的Newmark法求解扬矿管的动力学响应,利用abaqus对扬矿管的纵向振动进行了仿真计算,绘制了扬矿管上4个位置的振动随时间的变化曲线,以及在10个采样时间点扬矿管振动随位置的变化曲线。     

深海采矿扬矿管的静态特性分析

为研究深海采矿系统的扬矿管的静力学特性,建立了扬矿管的力学模型,采用ABAQUS进行仿真,得到了等直径扬矿管和阶梯型扬矿管的横向偏移以及弯矩。以扬矿管偏移后的平衡位置建立坐标系,采用有限元法对扬矿管的节点力和单元刚度矩阵进行理论推导,用MATLAB分别求得扬矿管在静止和匀速拖航时的净伸长量、轴向应力以及轴向力。研究结果表明:两种管道在海流力的作用下会发生横向偏移,拖航速度越大,横向偏移量越大;等速拖航条件下,阶梯管的横向偏移量比等直径管的偏移量大,随着速度的增大,两者偏移量的差值越大;相同条件下,两种类型管道净伸长量基本相同,但阶梯型管所受到的轴向应力和轴向力要比等直径管的小。另外,在静止和匀速拖航两种状态下两种类型管道的净伸长量、轴向力与轴向应力基本相同。     

1000 m深海采矿系统三维整体联动动态分析

1000m深海多金属结核开采试验系统的主体结构由采矿船、扬矿硬管、扬矿泵、中间仓、软管和集矿机等构成,系统各部分相互运动耦合。运用非线性有限元方法,将扬矿系统各部分等效为不同属性的管单元,建立了1000m海洋采矿试验系统整体联动分析的有限元模型,进行了系统整体联动的动力学数值模拟,得到不同联动模式下系统的运动特性与扬矿管的各种动态响应。研究结果表明：系统在设定的联动模式下以0．5m／s的速度联动时,中间仓的拖曳轨迹与船的运动轨迹基本一致;扬矿硬管上端水平作用力在转弯运动过程中变化较大,而垂直方向上的动态拉伸力呈稳定的交变力;扬矿硬管的弯曲应力较小,轴向应力较大。     

深海采矿扬矿管的横向运动响应分析

在陆地矿产资源日渐枯竭与工业需求不断增长的矛盾下,深海矿物的开采已是势在必行。深海采矿扬矿管有区别于石油平台立管的特殊之处,由于处于悬垂状态而具有高自由度,因此其水平运动响应值得关注。采用有限元软件Abaqus的Aqua模块对其进行有限元模拟,通过建模计算,得到扬矿管在作业状态与不同拖航速度下的水平偏移与弯矩分布情况,得到了一些具有参考价值的结论。     

基于Galerkin法的阶梯式扬矿管偏移分析

深海采矿系统中，连接在采矿船上的扬矿管受多种因素的影响。呈现出相当的复杂动力学特性，将扬矿管考虑成弹性梁，通过分析梁单元在垂直平面所受的各种横向载荷的影响，建立起了梁单元横向振动的数学模型，同时根据扬矿管的边界条件，利用Galerkin法，对此数学模型进行了求解，得到扬矿管相对于船的偏移，以及扬矿管的弯曲应力等。     

大洋采矿水力扬矿系统的水力学计算

在总结国内外关于固─液两相流理论和水力提升、水力输送、水力扬矿等试验研究以及实际应用方面所取得的成果基础上，归纳出了水力扬矿系统水力学计算方法，为扬矿系统工艺参数的分析研究和扬矿系统设计，提供了理论依据。最后还给出了扬矿系统的水力学计算实例。     

大洋采矿水力扬矿系统工艺参数的仿真计算

介绍了大洋来矿水力扬矿系统的计算机仿真计算，着重探讨了水力扬矿系统各工艺参数的仿真结果、最优匹配及其实用价值．     

深海采矿扬矿硬管纵向振动的解析分析

深海采矿系统中，扬矿管纵向振动是影响扬矿管寿命的主要因素。本文对带有泵组及中间仓的阶梯式扬矿管的纵向振动进行了建模，并用解析方法对方程进行求解，通过计算机的模拟计算，分析了扬矿管纵向振动稳态响应的特性。     

深海扬矿硬管系统设备可行性分析

较全面地介绍了国外深海采矿扬矿硬管系统设备的结构和主要技术参数, 对国内潜水电泵、石油套管生产厂家和研究部门进行了调研和分析。根据我国深海采矿扬矿硬管系统工艺要求, 讨论了泵的工作参数和管接头的结构。提出的潜水电泵的设计参数和管接头设计的技术要求, 已应用于海上中试扬矿硬管系统设备的设计和研制之中。     

德国深海采矿技术的研究

介绍了所考察的德国深海采矿关键技术和设备－集矿机．扬矿系统和环境保护的研究近况。