扬矿管作为连接采矿船的重要部分,承受着巨大的环境载荷。扬矿管顶端与采矿船铰接,随采矿船做升沉运动,同时受到海流、海浪的载荷影响,产生纵向振动。扬矿管纵向振动对于深海采矿系统的安全性和可靠性产生重要影响。为了保证深海采矿系统的安全运行,需要对扬矿管的纵向振动进行研究,并确定一种结构简单、又容易实现的减振方案。首先采用了斯托克斯波描述波浪,采用莫里森公式对波浪载荷载荷进行计算,确定了海流的表达式及其对扬矿管产生载荷的计算公式,推导出管道的重力、浮力公式,确定了深海采矿系统的各部分的材料和参数。采用了有限元方法对扬矿管进行静力学和动力学分析。根据扬矿管的受力情况,采用了梁模型作为扬矿管的有限元模型,建立了整体刚度矩阵;利用虚功原理推导出扬矿管的轴向等效载荷和径向等效载荷,建立了扬矿管的整体载荷矩阵,确定了扬矿管的静力学分析中的边界条件,并利用MATLAB对扬矿管进行了静力学编程计算,得出扬矿管的轴向力、轴向位移、轴向应力、弯矩、弯曲应力随位置的变化曲线,结果表明:等直径扬矿管轴向位移分布规律为从上到下逐渐增大。其轴向力分布规律为顶部最大,最底部最小,中间部分相等。轴向应力分布规律跟轴向力分布规律相同。横向偏移分布规律为从顶端到底端逐渐增大。弯矩分布规律为:顶端最大,其他位置弯矩远小于顶端弯矩;阶梯型扬矿管轴向位移分布规律为从上到下逐渐增大。轴向力分布规律为顶部的轴向力最大,底部的轴向力最小,轴向力随位置变化呈现阶梯状。轴向应力的分布规律为:最大应力位于最顶端,最小应力位于最低端,轴向应力随位置的变化呈现阶梯状。横向偏移分布规律为从顶端到底端逐渐增大。阶梯状扬矿管的弯矩整体分布趋势跟等直径扬矿管相似。通过对比得出:在同等质量且保证同等输送能力(即内径相同)的情况下,阶梯型扬矿管的最大轴向应力和最大弯曲正应力都小于等直径扬矿管,阶梯管的应力情况优于等直径扬矿管。建立整体阻尼矩阵和整体质量矩阵,应用子空间迭代法对扬矿管进行了模态分析,得出扬矿管的固有频率和固有阵型;建立起扬矿管的动力学方程,采用Newmark法结合ABAQUS软件仿真对扬矿管的纵向振动随时间的变化趋势进行了研究,结果表明:扬矿管的振动随时间的变化可以看做是简谐运动。扬矿管各位置纵向振动并不同步,从扬矿管顶部到底部达到振动幅值的时刻逐渐延迟,最下端最晚达到振动幅值。扬矿管的振动幅值变化从上到下逐渐减小,最大幅值出现在扬矿管的顶端,最小幅值出现在扬矿管底端。针对扬矿管纵向振动减振问题,采用动力吸振器(以下用DVA表示)来降低扬矿管的纵向振动,建立DVA的力学模型,将DVA设置在扬矿管的泵上并使用软件进行仿真,得到扬矿管附加DVA后的振动曲线,结果表明:附加DVA后扬矿管的纵向振动具有以下特性:附加DVA后扬矿管的振动随时间的变化曲线呈现简谐曲线形状。附加DVA的扬矿管的振动从上到下逐渐减小,最大振动位置出现在顶端,最小振动位置出现在扬矿管底端。附加DVA的扬矿管各位置的振动不同步,从顶端到底端,扬矿管开始响应振动的时间出现延迟,最低端相比其他位置最晚开始振动;通过与未附加DVA时扬矿管的纵向振动情况对比,结果表明:附加DVA的方式可以有效降低扬矿管纵向振动。