深海采矿系统纵横摇补偿装置的方案及主要参数研究

摘要

纵横摇补偿装置是深海采矿系统的重要组成部分。扬矿管上端悬挂在海面采矿船的升沉平台上，下端通过中间仓、软管连接到海底集矿机。由于采矿船的纵摇、横摇、拖航以及集矿机行走运动的影响，以及波浪、海流的作用，扬矿管不会处于垂直位置，下端将产生较大的偏移。为避免扬矿管上端承受很大的弯曲应力和变形而产生破损，使采矿系统能够安全地在大洋上进行采矿作业，必须设计出合理的纵横摇补偿装置，能够随扬矿管作纵、横摇运动。基于实现这些目的，本文对深海采矿系统纵横摇补偿装置进行了研究。 主要研究工作如下： 1、根据纵横摇补偿装置的工作目的，提出了纵横摇补偿装置的整体设计方案。确定了内、外框架结构及其内、外框架之间的连接方案。 2、以强度作为设计条件对纵横摇补偿装置的内、外框架以及纵、横摇轴等主要结构进行了设计计算。 3、将外框架结构与横摇轴、内框架结构与纵摇轴分别作为整体组件，建立有限元模型进行了模态分析，得到各组件的低阶模态的固有频率和振型，并对结果进行了分析。 4、运用有限元方法对外框架组件与内框架组件进行了静力学分析，得到了它们在最恶劣工况下的应力和位移云图，并对结果进行了分析。 5、根据现有的试验条件，设计了一个试验模型，对其进行静态应变测量和有限元计算。通过试验结果与计算结果进行对比分析，验证本文的建模方法与分析的正确性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1深海采矿技术开发的意义

1.1.2深海采矿技术的发展

1.1.3我国深海采矿系统方案

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3课题来源及研究的目的和意义

1.4本文的研究内容及基本结构

第二章纵横摇补偿装置的设计方案

2.1纵横摇补偿装置的方案研究

2.2内、外框架的结构设计

2.3纵、横摇轴的结构设计

2.4纵、横摇轴承的设计

2.4.1纵、横摇轴承的选择

2.4.2轴承结构形式的选用

2.4.3轴承组件的设计

2.5其它装置的设计

2.6本章小结

第三章纵横摇补偿装置的设计计算

3.1纵横摇补偿装置设计的边界条件

3.2纵横摇补偿装置布置尺寸的确定

3.3纵横摇补偿装置的材料选择

3.4纵横摇补偿装置的受力分析

3.5外框架结构的设计计算

3.6内框架结构的设计计算

3.7横摇轴与纵摇轴的设计计算

3.8滑动轴承的验算

3.9纵横摇补偿装置的实体建模与装配

3.9.1 Pro/E在三维实体建模中的应用

3.9.2纵横摇补偿装置的装配

3.10本章小结

第四章纵横摇补偿装置的模态分析

4.1模态分析理论

4.1.1模态分析理论概述

4.1.2基本方程的建立

4.2外框架组件的模态分析

4.2.1外框架组件有限元模型的建立

4.2.2外框架组件的计算结果及分析

4.3内框架组件的模态分析

4.3.1内框架组件有限元模型的建立

4.3.2内框架组件的计算结果及分析

4.4本章小结

第五章纵横摇补偿装置的静力学分析

5.1有限元的静力学分析过程

5.2外框架组件的静力学分析

5.3内框架组件的静力学分析

5.4本章小结

第六章试验验证

6.1试验原理及目的

6.2试验模型的设计

6.3试验模型的应变测量

6.3.1试验装置及仪器

6.3.2试验过程

6.3.3试验结果

6.4试验模型的有限元计算

6.5试验结果与有限元计算结果的对比分析

6.6本章小结

第七章全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果