全软管深海采矿系统在预定路径上行走的动力学分析

摘要

我国经济发展进入新的历史阶段，立足我国基本国情，能源需求压力巨大，能源供给制约较多，因此必须紧跟国际能源技术革命新趋势，有效开发、合理利用国际新资源。深海孕育着丰富多样的矿产资源，面对即将到来的深海矿产资源战略争夺，相较于我国的深海采矿技术储备与发展，任务艰巨，深海技术亟待新的突破，必须加速和进一步推动深海采矿技术的工程化应用研究。本文的研究根据大洋协会十二五课题“面向海试的多金属结核集矿系统研制与集成”项目的要求，对全软管深海采矿系统动力学分析进行探索性研究。
　　本文根据十二五课题要求进行面向湖上试验的路径规划和动力学行为研究，考虑了海上试验的整体联动和横向采集等特性，建立了135m全软管采矿系统仿真模型，研究深海采矿系统的动力学行为特征，为海上试验的开展提供合适的参考依据。
　　首先，基于多刚体离散元理论，考虑海洋环境的复杂性，对系统整体所受荷载进行了分析和适当的简化，利用虚拟样机仿真技术实现对全软管深海采矿系统的建模；其次，通过仿真分析，确定了合适的连续浮力布置方案及船与集矿机距离的合适区间；最后，规划了横采模式下的采矿系统联动方案,设计了方形波、三角波及正弦波三种行驶路径及相应的变速方案，以考察集矿机行驶速度、横向采集宽度等参数对系统动力学行为的影响。
　　多体动力学仿真结果表明：（1）全软管深海采矿系统横向联动方式是切实可行的，仿真过程中，系统保持稳定同步运动，输送软管在船机的牵引下保持良好的空间构形，无明显偏折缠绕现象，为矿石的输送提供了有利条件；（2）本文所给整体联动模式下，使船机保持合适的距离并对软管布置连续浮力形成单拱结构，联动行驶过程中保持全软管的空间构形，以满足集矿机安全行驶的要求；（3）在给定的路径波行驶当中，正弦波路径更适宜集矿机的行驶，动力学特性稳定、波动不大有利于系统的运作与控制。

目录

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第1章 绪论

1.1引言

1.2深海采矿系统发展概述

1.3国内外深海开采技术研究现状

1.4本文主要内容

第2章 深海采矿系统建模分析

2.1多刚体离散元的基础理论

2.2虚拟样机技术

2.3输送系统荷载分析

2.4本章小结

第3章 全软管采矿系统模型

3.1集矿机横采路径规划

3.2深海采矿系统虚拟样机模型

3.3软管初始空间构形分析

3.4本章小结

第4章 深海采矿系统在横采模式下的联动动力学分析

4.1浮力大小及布放长度对系统整体联动的影响

4.2集矿机与采矿船的距离对系统整体联动的影响

4.3集矿机在预定路径上不同速度行驶对系统整体联动的影响

4.4本章小结

第5章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文情况