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海底底质的物理力学参数不同于陆地土壤,其极低的抗剪强度和承压强度对深海采矿车的行走性能提出高要求。分析基于车辆地面力学理论,开展了底质土力学特性试验研究,建立了深海底质力学模型。根据深海重载作业采矿车样机结构参数,在大型动力学仿真软件Recurdyn中建立了仿真模型。通过直线行走多体动力学仿真与直线行走海试试验的对比,验证了仿真模型的准确性。在此基础上开展了采矿车样机在深海软底质上的多种行走工况动力学仿真,分析与评价其行走性能。结果表明,采矿车样机可以顺利完成转弯、爬坡、越障等基本功能。该研究成果可为深海采矿车海底行走性能评估提供理论参考,为深海采矿车和软底质的相互作用力学研究提供借鉴。 相似文献
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为研究高海水围压条件下截齿切削多金属硫化物(SMS)的动力学特性,根据深海环境构建了镐形单截齿破碎多金属硫化物的切削力数学模型,同时考虑海底多金属硫化物高孔隙、非线性等特点,选取合适的材料本构模型及其相关参数,基于LS-DYNA数值模拟平台,利用有限单元法建立高海水围压条件下截齿切削多金属硫化物的数值仿真模型,模拟了不同海水围压条件下多金属硫化物的切削破碎过程。研究结果表明:截齿上的海水围压对矿体破碎的影响很小,矿体上的海水围压对矿体破碎影响较大;在高海水围压条件下,多金属硫化物的强度明显增大,切屑更难从基岩剥离,截齿受到的三向阻力明显增大,高围压作用限制了截齿切削破碎过程中的振动,截齿载荷波动性显著减小。 相似文献
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为得到适用于数值模拟的海底多金属硫化物材料本构模型,针对海底多金属硫化物试样进行了不同围压下的单/三轴压缩实验,得到物理力学特性参数,对比分析常用描述岩石物理力学行为的本构模型及岩石微元强度准则,选择了合适的材料本构模型并确定了相应参数,并通过单个单元的仿真验证了模型的正确性,且仿真结果表明当海水围压超过20~25MPa区间内的某特定值时,多金属硫化物将会产生明显的脆-延转化。进一步基于该模型开展了高围压条件下双截齿切削海底多金属硫化物数值模拟的动力学特性研究,仿真结果表明随着围压增大,截齿受到的截割阻力及进给阻力显著增大,载荷波动性降低。 相似文献
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为研究颗粒体积分数对深海采矿提升泵工作性能影响,采用RNGκ-ε湍流模型与Hinze-Tchen颗粒湍流粘性系数模型,对提升泵内固液两相流进行数值模拟,比较不同的颗粒体积分数对提升泵内压力、颗粒浓度分布的影响,进而分析颗粒体积分数对扬程、效率等工作性能的影响,为提升泵的优化设计提供理论依据。研究结果表明:随着颗粒体积分数的增加,泵内浆体总压逐渐下降,扬程随之减小,叶片与导叶表面上平均颗粒浓度均有一定幅度的上升,颗粒与叶片、导叶表面之间以及颗粒间的碰撞几率增大,流体运动趋向更加复杂,流动更加絮乱,因而加大水力损失,降低泵的效率。实验表明数值模拟与实验结果基本吻合,证实了数值模拟方法的可行性及准确性。 相似文献
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提出了一种对内孤立波与深海立管相互作用耦合数值模拟方法。流场采用内孤立波数值水槽方法进行模拟,结构响应采用基于薄壳理论的有限元方法进行计算,采用一种将流场和结构响应数据进行实时传输的方法,实现了流体与固体之间的耦合数值模拟。对内孤立波作用下某长径比为1 200的深海立管载荷及其动力响应特性进行了数值模拟与分析。结果表明内孤立波不仅会对深海立管产生突发性剪切载荷作用,而且还会使立管产生大幅度变形响应现象,因此在深海立管设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。研究表明,该方法为研究内孤立波作用下深海立管动力特性及其工程预报相关问题提供了一种有效的手段。 相似文献
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针对具有颗粒粒级跨度大且粒径大特点的固液两相流系统,如深海采矿系统等,开发新型粗颗粒—均质浆体计算模型,该模型采用欧拉—拉格朗日计算法,大粒径颗粒视为固相粗颗粒,其余视为细颗粒与海水组成液相均质浆体。固—液相间滑移速度v_(slip)作为粗细颗粒划分标准,通过联立颗粒雷诺数Re_p,液相对颗粒绕流阻力系数C_d,颗粒粒径d_p等参数,得到滑移速度v_(slip)与颗粒粒径d_p的相关函数,获得粗细颗粒的划分粒径,进而得到两相流控制方程。利用CFD软件,使用该方法对粗颗粒固—液两相流垂直管提升系统进行仿真计算,并将所获得的仿真结果与已发表成果进行对比,发现数据较为吻合,从一定程度上验证了该计算模型的准确性。 相似文献
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目前公认的深海采矿系统是利用管道水力将深海底矿石提升到海面采矿船上。由于受海底破碎条件和废水排放环境要求,输送的深海矿石粒径较粗。粗颗粒具有极易沉积的特点,输送参数也较难确定。通过自行设计的管道水力输送模拟系统,研究了不同浓度、粒径、速度条件下粗颗粒在水平管道中的运动状态及阻力损失的变化规律。研究结果表明:(1)随固液两相流流速的增大,水力坡度呈现规律性变化,且阻力损失的变化规律与粗颗粒运动状态存在一定的关系;(2)通过引入管道附加损失与福氏数,建立了颗粒运动状态与阻力损失之间的定量关系,提出了粗颗粒在水平管道水力输送条件下流态分区的判定标准;(3)分析了管道附加损失的影响因素,提出了管道附加损失的计算公式。研究结果为粗颗粒管道水力输送系统参数设计提供依据。 相似文献
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在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量（38.1%～48.4%）、含水率（88.13%～137.79%）和压缩性（压缩系数：1.86～3.73 MPa-1,压缩模量：1.26～2.13 MPa）,具有更低的密度（1.3～1.5 g/cm3）和强度特性（贯入阻力：0.19～1.32 N,黏聚力：3.7～6.9 k... 相似文献
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针对深海采矿机器人"鲲龍500"行走液压系统,建立深海采矿机器人行走液压系统理论模型,分析深海高压和低温环境对油液特性影响,并基于AMESim软件平台,建立深海采矿机器人行走液压系统数值模型,研究了0～6 000 m不同作业深度下的行走液压系统泵和马达的动态特性,以及在6 000 m水深时不同牌号液压油和行走启动特性对其行走性能的影响,对比分析了深海采矿机器人水池行走试验和500 m海底行走试验的行走泵的输出压力与流量曲线与其数值模拟曲线。研究表明,随着超过1 000 m作业水深的增加,深海行走液压系统的动态响应性能和稳定性显著降低,通过减小行走输入电压斜坡斜率和减小控制电压可以提高行走液压系统的稳定性,并通过试验验证了行走液压系统数值建模与仿真的正确性,为深海液压系统研究提供理论基础。 相似文献
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The behaviors of granular material and influencing factors under complex dynamic loading are studied by more and more researchers with particle flow method. Only the strain-controlled loading has been generally used in the current study, although this method was not consistent with the practice of engineering in many situations. In this article, stress-controlled dynamic simulation tests were carried out with particle flow method, which were used to study the collapse characteristics of silt under mutation of principal stress orientation. The tests were performed by PFC2D. The simulation results and the laboratory real tests’ results had a high degree of similarity, particularly in the collapse strain and vibration times. It was very useful to forecast the silt's critical failure state. Based on the verification data, the effects of confining pressure and cyclic shear stress ratio on the collapse characteristics of silt were studied further. With the increase of cyclic shear stress ratio, the deviator strain amplitude increased and the required vibration times gradually reduced to achieve the same strain level. Under the same dynamic shear stress ratio and vibration times, the initial dynamic elastic modulus slightly increased with the increase of initial confining pressure, and the variation range of final collapse deviator strain was small. In the analysis of micro-structural evolution, the redistribution of internal stress of sample was revealed during cyclic loading. With the increase of vibration times, the development of distribution gradually stabilized, and then the high shear stress appeared in some connected regions. On that stage, the particle system developed to instability and failure. The PFC simulation results confirmed that the collapse state was the critical stage to trigger the liquefaction of silt. 相似文献
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针对深海运载器海底岩芯原位取样作业需求,对基于水下运载器的深海原位取芯钻机在深海低温、高压、底层流速多变等特点条件下的作业机理及受力进行分析,并选取硬质合金钻头和PDC钻头进行了取芯钻头的轴向力、切向力和切削功率的数学力学对比计算,确定了单环四齿周向均布的金刚石复合片(PDC)钻头设计方案。在理论分析基础上,针对深海钴结壳设计了台架试验,开展钻进试验研究。通过理论计算和实验研究,探寻了一种基于深海运载器的钴结壳小型钻机设计方法,确定了钻机功率、转速、钻进正向压力和取芯率等基本参数选取范围,对开展海底岩芯原位取样作业具有重要的指导意义。 相似文献
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海冰在结构前的破坏模式以及产生的冰载荷与结构尺度和海冰厚度密切相关。采用海冰离散元方法（DEM）模拟平整冰与直立结构相互作用过程中的海冰破坏模式及整体冰载荷。该离散元方法的计算参数通过与Norstr?msgrund灯塔的现场实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,对不同宽厚比（结构宽度与海冰厚度的比值）工况下平整冰与直立结构作用过程中的海冰破坏模式和整体冰压力进行了离散元分析。模拟结果表明：当宽厚比＜10时,海冰破坏模式主要为挤压破坏;当10≤宽厚比＜30时,海冰混合破坏发生;当宽厚比≥30时,海冰屈曲破坏发生。从海冰断裂长度与平均冰压力两个方面进一步说明了海冰破坏模式的转变过程。最后,构建了直立结构极值冰压力计算公式。研究成果可为寒区直立结构的整体设计提供参考。 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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保护窗口是深海视频采集系统的关键组件。为提高深海视频采集系统的整体性能,保障深海资源的勘探和开发利用,文章通过力学分析、理论对比和打压试验等过程,对保护窗口进行设计和优化。研究结果表明:球扇形窗口更适合全海深均匀高压环境;与主流窗口材料蓝宝石相比,我国自主研制的YAG透明陶瓷在性能和成本上具有优势;以第四强度理论作为充分准则进行设计,以第一和第二强度理论作为必要条件进行校验,结合有限元力学分析结果,外径为96mm的半球形保护窗口的最优内径为76mm;对采用该内径尺寸透明陶瓷保护窗口的深海视频采集系统进行全海深压强水下打压试验,有力证实相关理论和设计思想的合理性和可靠性。 相似文献
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氮化硅陶瓷具有密度小强度高的优点，在深潜浮力设备领域具有广阔发展前景。然而陶瓷材料固有的脆性以及万米深海严苛的工作环境，使得氮化硅陶瓷空心浮力球在深水环境下面临着内爆的风险。为探究氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效问题，设计并进行了三点弯曲试验，确定了氮化硅陶瓷材料的力学性能参数，包括弹性模量和破坏应力；随后对氮化硅陶瓷空心浮力球内爆试验的过程及结果进行了回顾总结；基于标准球壳模型与浮力球实物的CT扫描几何模型，对浮力球在内爆临界状态的失效过程进行了有限元仿真分析。结果表明：氮化硅陶瓷空心浮力球的性能存在一定不稳定性；结构内表面局部过大的拉应力是造成失效的主要原因，对内表面进行预加压处理或能提高其抗内爆性能。 相似文献
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Martin R. Fisk Robert A. Duncan Christopher G. Fox Jeffrey B. Witter 《Marine Geophysical Researches》1993,15(4):283-296
The Mendocino Fracture Zone, a 3,000-km-long transform fault, extends from the San Andreas Fault at Cape Mendocino, California due west into the central Pacific basin. The shallow crest of this fracture zone, known as the Mendocino Ridge, rises to within 1,100 m of the sea surface at 270 km west of the California Coast. Rounded basalt pebbles and cobbles, indicative of a beach environment, are the dominant lithology at two locations on the crest of Mendocino Ridge and a40Ar/39 Ar incremental heating age of 11.0 ± 1.0 million years was determined for one of the these cobbles. This basalt must have been erupted on the Gorda Ridge because the crust immediately to the south of the fracture zone is older than 27 Ma. This age also implies that the crest of Mendocino Ridge was at sea level and would have blocked Pacific Ocean eastern boundary currents and affected the climate of the North American continent at some time since the late Miocene. Basalts from the Mendocino Fracture Zone (MFZ) are FeTi basalts similar to those commonly found at intersections of mid-ocean ridges and fracture zones. These basalts are chemically distinct from the nearby Gorda Ridge but they could have been derived from the same mantle source as the Gorda Ridge basalts. The location of the 11 Ma basalt suggests that Mendocino Ridge was transferred from the Gorda Plate to the Pacific Plate and the southern end of Gorda Ridge was truncated by a northward jump in the transform fault of MFZ. 相似文献
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Tian-Shun Hou Wei Wang Ya-Sheng Luo Jin-Qian Dang Xiu-Juan Yang 《Marine Georesources & Geotechnology》2013,31(3):264-276
To reveal the influence of material composition on mechanical properties of light-weight soil, stress-strain -volumetric strain characteristics and Poisson's ratio of mixed soil were researched by consolidated drained shear tests. The results show that light-weight soil is a kind of structural soil, so its mechanical properties are affected by mixed ratio and confining pressure, and mixed soil possesses structural yield stress. When confining pressure is less than the structural yield stress, strain softening occurs; when confining pressure is more than the structural yield stress, strain hardening is observed. There are two kinds of volume change behavior: shear contraction and shear dilatancy. Shear dilatancy usually leads to strain softening, but there isn't an assured causal relationship between them. Poisson's ratio of mixed soil is a variational state parameter with the change of stress state, it decreases with increased confining pressure, and it increases with increased stress level. When axial strain is near 5%, Poisson’ ratio is gradually close to a steady value. The main range of Poisson's ratio is 0.25～0.50 when confining pressure changes from 50 to 300 kPa. When unconfined compressive strength of mixed soil is less than 328 kPa, its stress-strain-volumetric strain characteristics can be predicted very well by Duncan-Chang model (E-B model). However, when the range of unconfined compressive strength is [328 kPa, 566 kPa], the model can't predict stress-strain characteristics accurately when confining pressure is under 200 kPa, and it also can't predict the strong shear dilatancy phenomenon of mixed soil under low confining pressure. 相似文献