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在深海采矿车布放回收中,准确预报脐带缆在底部自由悬垂边界条件和顶部波浪载荷随机激励等共同影响下的动力响应是关键点之一。基于三维势流理论与集中质量法,结合水面支持船运动和海流联合激励,对深海布放回收中脐带缆的顶端张力等力学特性进行研究。结果表明：在布放回收过程中,轴向张力在结构载荷中占主要成分;由波浪引起的轴向张力极值与均值差距最大可达到54%;轴向张力的频谱存在双谱峰,分别为 0.14 Hz的主峰和0.10 Hz 的次峰;当浪向角为180°时,轴向张力处于峰谷。 相似文献
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为解决不埋深海管道在温压荷载循环作用下,轴向移动量不断累积的问题,采用数值模拟方法,在论证了钢悬链线立管（steel catenary riser,SCR）张力相比于其他因素对管道轴向移动影响更为显著的基础上,针对一端受到SCR张力作用的短管,分析了不同轴向移动消减方案的作用特点。研究表明,对管道进行锚固能有效约束其轴向移动,且在中部锚固需要的锚固力及管道内产生的有效轴向力均较小;滑动基础可通过释放一定的管道位移量来减少管中的应力累积。因此将中部锚固与端部滑动相结合可优化锚固系统,使锚固力进一步下降54%,管中最大有效轴向压力减小33%,从而最有效地消减轴向移动。 相似文献
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张力腿平台及其基础设计 总被引：7，自引：0，他引：7
海洋工程油气开发逐步向深海域进军,资料表明２１世纪深海的石渍、天然气将是主要能源这一。目前主要的深海石油平台形式是张力腿平台,其结构一般由平台本体、张力腿系统和基础系统三部分组成。基础部分不但承受着结构上部及海底的各种载荷,而且为结构提供必要的稳定性和安全性。本文通过对当今世界已建成投产的９座深海张力腿平台及其基础形式进行分析,剖析它们的基础设计思想,为我国深海张力腿平台的设计提供参考。 相似文献
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深海采矿船是未来人类获取深海矿产资源的重要装备,研究其水动力特性具有重要意义。月池和输运管是影响深海采矿船水动力特性的重要因素。以世界上第一艘超深水采矿船“鹦鹉螺新纪元”号为研究对象,基于三维势流理论,分析月池尺寸、输运管长度及内径对采矿船水运动特性的影响。结果表明：月池开口会使采矿船垂荡、纵荡和纵摇运动出现共振峰,峰值随着开口尺寸的增加而增大,其中垂荡运动峰值可增加将近2倍;输运管的存在会明显改变采矿船横摇运动固有周期,增大垂荡运动峰值,降低横摇运动峰值,对横荡和纵荡运动的影响亦较大,当输运管长度为 5 000 m,内径为0.480 5 m时,横荡和纵荡响应峰值能够达到无输运管时的3倍以上。通过探究月池开孔和输运管不同参数对采矿船运动的影响,为深海采矿船月池和输运管设计提供一定的借鉴和参考。 相似文献
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随着陆地金属资源的日益枯竭,深海矿产资源已经成为各国的重要战略目标。在深海采矿过程中,海底锰结核的形状除了圆球状,还有长条状等,颗粒形状对固液两相流管道输送特性具有很大影响。基于固液两相流垂直管道提升输送试验系统,探究不同工况下长条状颗粒在垂直上升流中最小输送速度的变化规律及特性,并得到了长条状群体颗粒最小输送速度计算公式。结果表明:长条状颗粒在垂直管道中上升过程中,颗粒中心轴与输送方向趋向于垂直,使颗粒在管道截面的投影面积最大化;长条状单颗粒的最小输送速度随着颗粒长径比增大而减小;在不同长径比工况下,随着管段颗粒平均浓度减小,长条状群体颗粒的最小输送速度均增大,且随着长径比增大,群最小输送速度减小。 相似文献
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深海采矿作为新领域资源重点开发项目,国外已开展部分试验研究,国内现阶段仅停留在重点设备部件级功能验证,还未开展过系统整体联动,距离海洋油气等正在进行的规模化商业开采还有很大距离。本文以深海采矿系统整体联动模型为基础,与海洋油气工程作业平台技术模型进行对比,对整体联动风险点进行深度分析,并根据重点风险部件开展其悬挂模式、力学模型研究,探讨深海采矿系统整体联动时应急撤离的策略。研究总结了深海采矿系统整体联动的特点,提出了管道摇摆幅度超出设计范围、平台升沉行程超出伸缩冲程范围等两大关键风险点、提升硬管受力分析方法和对应的应急撤离方案,对深海采矿工程总体设计和工程实施具有指导意义和参考价值。 相似文献
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《海洋技术学报》2024,(1)
采矿立管是深海采矿系统的重要组成部分，立管的弯矩分析是确保立管正常使用的重要指标。立管所处海洋环境复杂，且立管底部的自由边界条件使得立管弯矩特性难以分析。本文基于波浪理论，使用Abaqus 有限元软件建立海洋采矿立管的模型，运用Abaqus中的AQUA海洋工程模块，考虑立管在轴向力、自重、浮力、波浪载荷、海流载荷及模拟海上平台水平和升沉运动共同作用下，对采矿立管进行弯矩分析，计算了提升泵不同安装位置、不同中继仓重量变化对弯矩的影响，结果表明：提升泵会增大安装位置的弯矩幅度，且安装在不同位置对立管弯矩会产生叠加影响；中继仓重量的增加提高了立管整体稳定性，但会使提升泵处弯矩波动产生向中部延伸的不利影响。 相似文献
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卷管式铺管法在海管铺设中的应用愈发广泛,在铺设作业中管道会发生几何非线性变形,导致出现复杂的力学性能变化。针对管道在上卷、退卷过程中的屈服变化过程,通过弹塑性理论进行分析,推导出管道退卷后残余轴向应力的解析解;随后利用有限元软件ABAQUS建立模型实例,对比解析解与有限元模型,两者的计算结果基本吻合。基于上述有限元模型,研究上卷时的张力和退卷时的后张力对椭圆度、截面轴向应力和剪切应力的影响,并进行敏感性分析。模拟结果表明张力和后张力变化会影响管道截面的变形程度,退卷后截面上残余的轴向应力远高于剪切应力,并且通过敏感性分析,得到了残余椭圆度、残余应力随张力和后张力变化的规律。研究可为卷管铺设过程中张力和后张力的选择提供参考和借鉴。 相似文献
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《海洋技术学报》2023,(3)
深海中蕴藏着丰富的矿产资源,深海采矿船是深海采矿的重要装备,通过动力定位系统控制采矿船的海上位置,动力定位系统由若干推进器组成。采矿船在海上受到风浪流作用,推进器一旦失效极易发生采矿船运动失控等安全事故,本文研究推进器不同失效方式下动力定位性能,分析推进器不同失效方式动力定位功能的损失。根据势流理论计算波浪载荷,数值模拟深海采矿船不同位置的单个推进器失效和多个推进器失效方式下的时域运动响应,对比各种失效方式对深海采矿船纵荡、横荡、艏摇三个自由度运动的影响,分析各种失效方式对剩余推进器推力的影响。研究结果表明：采矿船空载90°浪向,推进器不同失效模式对于纵荡运动影响远小于对横荡和艏摇运动影响,船艉单推进器失效对于纵荡和艏摇动力定位的影响大于两个推进器失效影响;对于采矿船多自由度运动动力定位两个推进器失效大于单推进器失效影响;一侧两个推进器或两侧推进器同时失效,对动力定位的影响相同,对于横荡运动的影响最大。本文揭示了深海采矿船推进器失效对于采矿船运动的影响程度和机理,对于深海采矿船的安全作业具有指导意义。 相似文献
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本文对具有动力定位深海采矿船高海情下的运动响应及运动特性开展研究。针对具有6个推进器构成的动力定位系统,考虑高海情及空载和满载两种典型工况,基于推力最小和运动最小条件,应用卡尔曼滤波器结合线性二次型最优控制理论的控制算法优化推力,进行动力定位系统的参数整定,实时优化调整推力的方向和大小,计算采矿船高海情下的运动和推力的时间历程响应和分析运动特性。经计算,得到了深海采矿船空载和满载工况在高海情下实施海上定位的浪向及需要的推力大小,确定了采矿船动力定位系统在高海情下的适应性,评估了高海情下深海采矿船的定位能力。 相似文献
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An integrated dynamic model of China’s deep ocean mining system is developed and the fast simulation analysis of its longitudinal reciprocating motion operation processes is achieved. The seafloor tracked miner is built as a three-dimensional single-body model with six-degree-of-freedom. The track-terrain interaction is modeled by partitioning the track-terrain interface into a certain number of mesh elements with three mutually perpendicular forces, including the normal force, the longitudinal shear force and the lateral shear force, acting on the center point of each mesh element. The hydrodynamic force of the miner is considered and applied. By considering the operational safety and collection efficiency, two new mining paths for the miner on the seafloor are proposed, which can be simulated with the established single-body dynamic model of the miner. The pipeline subsystem is built as a three-dimensional multi-body discrete element model, which is divided into rigid elements linked by flexible connectors. The flexible connector without mass is represented by six spring-damper elements. The external hydrodynamic forces of the ocean current from the longitudinal and lateral directions are both considered and modeled based on the Morison formula and applied to the mass center of each corresponding discrete rigid element. The mining ship is simplified and represented by a general kinematic point, whose heave motion induced by the ocean waves and the longitudinal and lateral towing motions are considered and applied. By integrating the single-body dynamic model of the miner and the multi-body discrete element dynamic model of the pipeline, and defining the kinematic equations of the mining ship, the integrated dynamic model of the total deep ocean mining system is formed. The longitudinal reciprocating motion operation modes of the total mining system, which combine the active straight-line and turning motions of the miner and the ship, and the passive towed motions of the pipeline, are proposed and simulated with the developed 3D dynamic model. Some critical simulation results are obtained and analyzed, such as the motion trajectories of key subsystems, the velocities of the buoyancy modules and the interaction forces between subsystems, which in a way can provide important theoretical basis and useful technical reference for the practical deep ocean mining system analysis, operation and control. 相似文献
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随着海上风能的开发向深水发展,支撑风机的载体平台越来越受到关注。在经济性与安全性、稳定性的多重要求下,张力腿平台（TLP）在海洋风能资源的开发中体现出了重要地位。采用基于开源平台OpenFOAM开发的计算流体动力学（CFD）水动力学求解器naoe-FOAM-SJTU对一座处于中等水深下的风机基础水下TLP（STLP）的运动响应进行了数值模拟与研究。文中使用弹簧锚链模型模拟STLP的垂向系泊锁链系统,模拟该平台在不同波浪环境下的运动响应情况。首先将STLP单自由度自由衰减CFD模拟结果与已有全耦合时域分析结果进行对比,验证了naoe-FOAM-SJTU求解器及使用弹簧模型模拟STLP系泊系统的准确性与可靠性。随后在考虑非线性波浪载荷的情况下研究极端海况下与一般作业海况下STLP的运动响应情况,计算工况中的风机基础所受弯矩及锚链受力情况,并详细展示流场、速度场信息,分析高阶波浪成分、不同海况等条件对于STLP运动性能的影响。研究结果表明,TLP在中等水深中具有良好的运动性能,naoe-FOAM-SJTU求解器可以有效模拟水中生产平台在波浪环境下的水动力问题,并可以对整个流场进行可视化展示与分析。 相似文献
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玻纤增强柔性管作为一种新型海底油气输送管道,具有比强度高、柔度大和抗腐蚀性强等特点,因此在深海油气开发中具有非常广阔的应用前景。玻纤增强柔性管主要由内衬层、增强层和外保护层组成,其中增强层的等效模拟是玻纤增强柔性管设计成功与否的关键。根据玻纤增强柔性管的结构特征和材料特性,选取了四种不同的等效简化模型,对比研究了玻纤增强柔性管在轴向拉压荷载、弯曲荷载以及内压荷载作用下的力学性能。将不同简化模型的计算结果与相应的试验数据进行对比,进行等效模型的优选。研究结果表明,在内压载荷和弯曲载荷作用下,基于Halpin-Tsai模型数值结果与试验结果最为接近。在轴向载荷作用下,采用分离式模型或回形模型计算精度更高,若材料达到屈服状态时,则建议采用分离式模型进行模拟。 相似文献
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Yoji Ogawa 《Applied Ocean Research》1984,6(3):140-147
The integrated equations of deep sea mooring lines in static equilibrium under consideration of gravity force and line elongation are obtained. The most useful forms of the equations for designing deep sea mooring system are those in which horizontal displacement and horizontal and vertical components of tension are obtained as functions of line length, water depth, critical tension and unit weight of line.When the dynamic simulation of a buoy system is carried out, line tensions acting on the buoy should be represented as a linear function of displacement. Therefore the linearisation method is introduced by use of linearisation coefficient matrix. Translation formulae for the matrix from two to three dimensions is also presented.The influence of line elongation on the horizontal component of tension in a taut mooring condition is important, therefore the elongation of stretched deep sea mooring line must be considered carefully. Also, the scaling law under consideration of line elongation in static equilibrium, which is necessary in estimation from a small sized experiment, is discussed. 相似文献
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AbstractMetal minerals in deep sea are considered to be the most important mineral resources in the 21st century. With the development of science and technology, deep-sea mining has gained more and more attention, and the pipeline lifting method is the most promising for mining. It is particularly important to use the pump as a key component in the pipeline upgrading. In this paper, the DEM–CFD method is used to study the solid–liquid two-phase fluid flow in the Deep-Sea lifting motor pump. Data about the distribution of pressure on the suction surface and pressure surface as well as the distribution of particles in the pump under different rotation speed can be obtained. Tests verify the efficiency and head of the pump by numerical simulation. It provides a theoretical method for the study of solid–liquid two-phase fluid flow in deep-sea mining. 相似文献
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随着陆上资源的日渐枯竭,深海开发已经成为世界主要大国的重要战略目标,实现高效、低能耗的深海矿产提升具有重要意义。基于大颗粒垂直管道提升理论和离心泵理论,针对不同矿浆浓度设定多种工况,假定泵级数,分别求解系统工作点。从效率、产量、功率和单位产量能耗四个优化指标出发,借助图像进行直观分析比较,优化泵级数的设置。分析结果表明,单位产量能耗在某一较高泵级数处可取得最小值,此时亦可保证较高的产量和泥泵效率较好的发挥,该泵级数可选取为最优泵级数方案。 相似文献