【摘 要】
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深海采矿系统作业过程中,集矿机在海底复杂环境中能否安全稳定进行集矿作业是整个采矿系统成功运行的关键。本文以集矿机海上工程试验项目为研究背景,以集矿机采矿作业过程为
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深海采矿系统作业过程中,集矿机在海底复杂环境中能否安全稳定进行集矿作业是整个采矿系统成功运行的关键。本文以集矿机海上工程试验项目为研究背景,以集矿机采矿作业过程为研究对象,采用多刚体离散元理论和方法建立了集矿机-金属铠装复合缆-海面采矿船三者串联于一体的计算模型,对采矿系统进行了复合缆构形设计和系统联动作业仿真分析,验证了集矿机海底作业的可行性,为深海采矿系统的设计和海试提供参考依据。论文主要工作如下:基于空间梁理论,推导了多刚体离散元模型之间的连接刚度;采用莫里森公式计算金属铠装复合缆在海水中受到的水平液动力;利用多刚体离散元理论建立了深海采矿系统虚拟样机仿真模型。以集矿机与海面采矿船的水平距离、浮力体布置方式和布置大小为考虑因素,对1000米海深复合缆采矿系统进行了构形设计,获得了较为理想的单拱构形。规划了海底集矿机横向折返作业路径,并研究了集矿机在三种工况下作业时采矿系统的空间形态和动力学行为。仿真结果表明:在给定的采集宽度、间隙和速度下,采集宽度越大,集矿机、采矿船、金属铠装复合缆的受力越大,系统作业越不稳定,三种不同采集间隙下,采矿船受力总体差别不大,但开采间隙越大,复合缆在一个作业周期距离采矿船越近,复合缆拱谷距离海底的高度越小,构形越不利于集矿机海底避障作业。采集速度越大,采矿系统作业效率越高,但集矿机在行驶路径拐点处受力突变和波动越明显,越不利于采矿系统作业。
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