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。     

深海采矿系统波浪中耦合运动的模型试验研究

深海采矿船与扬矿管系统的耦合动力分析对采矿系统的研发应用具有重要意义。为了研究波浪引起的扬矿管和采矿船之间的耦合动力响应,采用等效截断设计原则,对扬矿管截断模型的弹性模量、轴向刚度以及单位长度质量等特征参数进行优选,得到了合理的截断模型参数。基于相似理论建立了深海采矿5000 m扬矿管耦合动力学试验模型,解决了深海采矿系统在有限水深试验条件下进行模型试验的问题。同时开展了不同波高、不同波向角和不同矿仓质量下采矿系统模型的耦合运动试验,结果表明,波高、波向角和矿仓质量对耦合响应的幅值、耦合作用时间均有较大影响。该试验模型的建立,为后续管道稳定性和升沉补偿特性的研究提供了技术基础。