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。     

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。     

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。     

深海采矿扬矿管的运动对流动参数影响的研究

结合深海开采扬矿应用条件建立了模拟扬矿管升沉、摆动和倾斜的提升试验系统, 进行了较大摆幅和较宽频率范围的试验, 获得了比较全面的试验数据, 建立了计算模型。研究所确定的提升管升沉、摆动和倾斜对管内流动参数的影响规律已应用于5 000 m深海采矿系统中试技术设计和1 000 m水深海试采矿系统设计及其扬矿设备的研制。     

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。     

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。     

深海采矿车控制技术研究

深海采矿对人类具有重要的意义,目前尚处于原理性研究阶段,面临着很多技术难题和科学问题。由于试验的困难、技术瓶颈的存在,我们迫切需要对深海采矿技术进行广泛全面的探讨,有利于对必需技术进行提前储备。文中对深海采矿国内外研究现状进行了综述,对深海未知极限环境下采矿车建模与仿真、深海强作业条件下采矿车导航、采矿车下放姿态控制、稀软底强扰动采矿车高精度轨迹跟踪、集矿头位姿跟随控制、集矿系统故障诊断与容错技术等关键技术进行了探讨,指出了它们的困难所在与研究方向。     

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。     

深海采矿船设计的研究

就流体提升式采矿法所拟用的深海采矿船的设计问题做一探讨。提出了对深海采矿船的设计要求、采矿船特性参数和基本结构以及采矿设备配置等问题。同时，还介绍两种采矿船设计方案，并对重点设计问题作了技术说明。     

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。     

深海多金属结核开发技术研究的现状

在世界各大洋中,大约有15％的深海底被含锰、镍、钴、铜等76种元素的多金属结核(又称锰结核)所覆盖,它将成为人类未来所必需的自然资源。国外发达国家和一些较发达国家从60年代起开始进行这一资源开发利用的研究。我国现也开始这方面的研究工作。本文简要介绍深海多金属结核资源及国内外进行开采技术研究的情况。     

深海采矿经济模式的研究

介绍财务模拟模式，成本模式和资金流动模式。这三种深海采矿经济模式对项目投资决策和评估深海采矿企业的经济效益具有重要的意义。     

基于ADAMS的深海采矿系统联动模拟

随着陆地矿产资源的逐渐枯竭,丰富的海洋矿产必将成为难以取代的接替资源而为人类所开发和利用。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。深海多金属结核采矿系统的任务是在海底采集多金属结核矿石,破碎后扬升至海面采矿船,然后经脱水并运输到口岸。     

深海采矿机器人行走系统模糊控制研究

为提高矿石采集率,深海采矿工艺要求采矿机器人能恒速高精度跟踪规划的路径。提出了在线自学习并积模糊控制方案,并与常规PID控制算法进行了比较,仿真实验结果表明了改进的模糊控制方法比常规PID控制方法有更好的控制效果。     

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。     

深海扬矿系统的柔性多体系统动力学仿真

为研究深海扬矿系统动力学特征, 开展了扬矿系统柔性多体系统动力学仿真研究。基于柔性多体系统动力学理论, 提出了深海扬矿管道柔性多体建模方法。对经典的梁受迫振动问题进行了动力学仿真并与解析解进行了对比, 验证了方法的正确性。针对实验室模拟系统建立了深海扬矿系统柔性多体系统动力学模型并进行了动力学仿真研究, 结果表明管道形态、应力等仿真结果与实验结果符合较好。本研究可为深海扬矿系统动力学研究提供参考和依据。