深海采矿系统中输运软管的数值模拟

摘要

本文利用有限元法,以“梁”单元为基本模型,采用修正的拉格朗日法(U.L.法)对深海采矿系统中的输运软管的大变形的形态和内力(包括约束反力)进行了计算分析.外力考虑了重力、浮力、海流的阻力以及软管内输送的矿浆对管壁的内摩擦力.对于大小及方向均随软管形态改变而变化的外力,本文在分步加载过程中,提出了逐步修正的加载方法,以保证最终加在软管上的荷载符合实际情况.本文编制了相应的计算程序,利用该程序分别对于多种不同刚度,不同荷载的情况进行了计算分析,其中包括在这些荷载作用下,软管初始平衡状态的寻找以及集矿机按三种不同的路径行走的工况的模拟计算.本文给出了大量详尽结果.这些计算结果对于实际深海采矿系统的设计具有直接的参考意义.