江敏,吴鸿云,陆新江,刘伟,陈秉正[1]（2021）在《基于螺旋截齿切削技术的深海富钴结壳切削参数计算与试验研究》文中指出对海底富钴结壳底质特性进行了研究,提出适合于富钴结壳矿体资源的切削破碎方法,基于灰铸铁切削经验公式,采用等值换算法,构建了深海富钴结壳切削破碎技术参数计算模型,获得切削力与功率的经验计算公式;基于富钴结壳矿床特性,研制了富钴结壳模拟底质和地形,开展了实验室模拟结壳切削试验。试验结果表明,切削深度为2.5 cm时,试验获得的单齿切削力为1360 N,与理论经验计算值1317 N接近;另外,试验消耗功率8.55 kW和理论经验计算值8.12 kW也较为接近,验证了该理论经验公式计算方法的合理性和可行性,为后续深海富钴结壳资源开采技术研究打下了基础。
王斌贤,冯海泓,黄敏燕,胡波,杨永[2]（2021）在《基于参量阵双通道信息的富钴结壳高精度测厚算法》文中进行了进一步梳理富钴结壳作为一种重要的海底矿产资源,在工业生产中有着重要应用,具有潜在的开采价值,富钴结壳的厚度是评估开采矿区资源量的重要指标。论文基于原位参量探测器测量富钴结壳厚度,探测器向结壳垂直发射调制信号,并接收返回的原频、差频双通道回波信号,分别提取两个回波信号的包络,然后提取回波信号峰值点的到达时刻,采用时延差法测量结壳厚度。回波到达时刻的提取是影响测厚精度的关键因素,传统的包络提取方法如希尔伯特变换,可以准确地提取出原频信号的包络,但对差频信号的提取精度较差。因此,通过希尔伯特变换与自相关算法分别提取原频信号与差频信号包络,提高了测厚的精度。通过水池试验分析了该算法的测厚性能,随后将该算法应用于中国大洋某航次的富钴结壳海试数据,验证了该算法的可行性。
郑森[3]（2021）在《基于深海运载器的小型取芯钻头设计及钻进工艺参数研究》文中进行了进一步梳理深海蕴藏着丰富的能源资源,是人类社会谋求未来生存与发展的重要新疆域。在开发和利用海洋资源之前,首先需要对海洋有充分的认识。深海钻探取样技术是获取海底地层岩芯样品的重要手段。随着载人潜水技术的成熟发展,依托潜器的小型岩芯取样器因钻探作业方式更具灵活性和精准性,目前成为海底浅地层取芯研究的新方向。论文针对深海小型岩芯取样器钻取技术的难点,以及钻机的特性集中体现在取芯钻头上这一特点,对基于运载器的小型取芯钻头结构和钻进工艺参数进行了研究。根据岩石力学及前人的研究成果,从PDC取芯钻头切削齿受力的角度,阐述了单个切削齿和组合切削齿的破岩机理。通过对切削齿破岩过程中的力学分析,得出影响钻进速度的主要影响因素有岩石的性质、切削齿的结构参数和钻进工艺参数。对“蛟龙号”载人潜水器在不同工况作业条件下进行受力分析,得到钻进过程中潜水器所能承受的理论极限载荷。载人潜水器坐底作业时钻进压力约为166 N;加入压载系统作业时钻进压力约为500 N;加入下推螺旋桨作业时钻进压力为830 N。利用有限元分析,建立PDC取芯钻头单齿切削破岩非线性动力学仿真模型。通过分析切削齿的形状、侧倾角度、后倾角度、组合偏转角度对破岩效率的影响规律,得到后倾角度为20°、侧倾角度为10°的非整形切削齿（3/4圆形）对较硬岩层具有良好的破岩效果。建立PDC取芯钻头扭转钻进破岩非线性动力学仿真模型。通过分析切削齿非整形部位的安装位置和切削齿的数量对破岩效率的影响规律,得出非整形部分全部位于钻头内侧时破岩效果最好。在较高的钻进压力条件下,小的齿间距对钻头性能的影响发挥主要作用,随着切削齿数量的增加进尺位移变大;在较低的钻进压力下,单个切削齿上的钻进压力发挥主要作用,随着切削齿数量的增加进尺位移变小。在满足“蛟龙号”载人潜水器作业安全的条件下,分析了不同钻进压力和钻头转速对钻头的平均反扭矩和钻进加速度的影响规律,得出在钻头转速一定的条件下,平均反扭矩和钻进加速度随着钻进压力的增大而增大;在钻进压力一定的条件下,随着钻头转速的增大,平均反扭矩减小,钻进加速度增大。
杜钟雨[4]（2021）在《深海采矿沉积物扰动模拟实验装置设计及数值模拟研究》文中研究指明当下,深海矿产的开发和利用逐渐成为大趋势。人类在进行大范围深海采矿的同时,不可避免的会对深海环境造成巨大的影响,而我国在深海采矿环境影响监测与评估的方法和技术手段上相对欠缺,未来在深海环境监测与评估方向的关键技术研究将变得越来越重要。在此背景下,本文提出一种沉积物扰动模拟装置,模拟采矿车在矿区集矿过程中对海底沉积物的扰动情况,为深海采矿环境影响评估提供手段。论文介绍了国内外对于深海采矿对沉积物扰动模拟的研究现状,重点介绍了国内外在深海采矿环境影响方面所做的试验,试验方案的设计、试验装置等。根据沉积物扰动模拟装置的工作环境,工作要求,提出本文的主要研究内容。论文对沉积物扰动模拟装置的整体和关键部件分别进行了说明。在对整体结构介绍中,针对装置的工作环境和需求提出可行的技术指标,并对装置搭载的观测仪器进行确定。在装置的关键部件的介绍中,对沉积物喷射装置的喷泥推进器、喷嘴、耐压保温电池舱三个部件分别进行结构设计和模拟分析。通过对分析结果进行对比,最终确定了3叶片喷泥推进器、有过渡喷嘴以及保温层厚度为5mm的耐压保温电池舱。论文基于Fluent软件对沉积物被扰动后的沉降过程进行数值模拟。在流场中定义模拟喷口的位置,设置连续相的进、出口边界条件和颗粒相的粒径范围、喷射速度、质量流率等参数,实现沉积物颗粒在流场中的瞬态监测。设置了三组对比模拟:分别为改变海水深度、改变喷口高度和改变颗粒喷射初速度。通过结果分析确定,改变深度对颗粒沉降影响不大;改变喷口高度,直接影响到颗粒沉降的时间和沉降的轨迹;改变颗粒喷射初速度,对沉降时间影响不大。为保证装置在实际工况下能够安全平稳的运行,论文设计了三个阶段的水池试验,分别为室内小型水池试验、大型水池试验以及港池试验,分别设计了可行的实验方案。通过论文的研究,成功完成了对沉积物扰动模拟实验装置的总体和关键部件的设计,利用模拟分析证明了关键部件的可行性和稳定性,并提出了装置可行的试验方案。这些工作为我国深海采矿环境影响的评估和监测提供经验积累。
杨建民,刘磊,吕海宁,林忠钦[5]（2020）在《我国深海矿产资源开发装备研发现状与展望》文中研究说明浩瀚的大洋底部蕴藏着丰富的矿产资源,其种类多、储量大、品位高,具有巨大的开发利用前景,世界各国都在加快深海矿产资源开发装备的研制。本文系统分析了国内外深海矿产资源开发技术装备的发展现状,从基础科学问题研究、关键技术研发、海上试验验证等角度剖析我国技术装备存在的不足,总结归纳亟待解决的关键科学技术问题,并据此提出深海采矿重载作业装备、矿石输送装备、水面支持装备的发展方向。研究提出深海矿产资源开发秉持重装、协同、智能、绿色的发展理念,加速推进核心技术创新和装备自主研发;建议开展深海多金属结核开采示范工程建设,加快推动深海矿产资源开发关键技术装备研发,实现规模化海上试采,并着眼长期生产作业开展系统设计,促进商业化开采进程。
赵伟杰[6]（2020）在《深海锰结核集矿机水力集矿方案设计研究》文中研究表明深海赋存着锰结核、富钴结壳、热液硫化物等多种矿藏,其储量庞大,经济前景广阔,因此深海采矿被视作人类未来获取矿产资源的重要途径,发展深海采矿技术具有重要战略意义。近年来,深海采矿发展方兴未艾,包括中国、德国、印度、韩国、日本、加拿大、比利时、欧盟等多个国家和组织正在从事深海采矿技术的研究,已研制多台深海采矿样机并开展了各种阶段的海试。目前深海采矿面临两个主要挑战,即商业开采的经济性问题以及大规模开采的环保性问题。有研究认为,深海采矿作业对海底造成扰动以及排放泥沙等行为,可能对深海底栖生物群落乃至深海生态造成威胁。国际海底管理局亦对深海采矿技术的环境影响提出限制要求。在此背景下,本文经过创新的思考,提出一种适用于深海锰结核集矿机的环保型水力集矿方案,并利用数值模拟方法对该方案的若干关键环节进行研究。首先采用基于欧拉法的液固两相流模型对现有水力集矿方案的泥沙排放过程进行数值模拟,研究不同排放条件下泥沙颗粒的扩散特征,建立泥沙颗粒对周围水域影响程度的评价指标,分析排放速度、浓度等变量对该指标的影响。结果表明:采用较低的排放速度与一定的排放浓度有利于减弱排放行为对环境的影响。由此推论,如果存在一种技术能够将集矿机采集的泥水混合物浓缩、储存,并以可控的强度排放,则可有效降低对海底生态环境的影响。基于上述研究,提出一种新型循环式水力集矿系统设计。该系统主要由水力集矿头、矿沙分离器、水沙分离器等装置组成。该系统既可实现矿沙分离、降低矿料中泥沙杂质的比例,亦可实现泥沙受控排放、有效降低对海底环境的影响。为研究该系统关键部件的工作效果,针对泥沙颗粒与锰结核分别建立基于欧拉法与离散元法的多相流计算模型,并利用上述模型展开研究。首先,基于现有水射流式集矿原理,提出一种覆底式水力集矿头设计方案,研究其内部的流场特征与锰结核运动特征,分析集矿头不同工作状态对上述特征以及集矿效果的影响。结果表明:高强度、能量集中的射流有利于提高锰结核的采集效果。其次,基于锰结核与泥沙颗粒运动特性的差异,提出一种重力式矿沙分离器设计方案,分别对其上部的水平流道与下部的竖井研究锰结核与泥沙颗粒的运动行为,分析不同输送状态对分离效果的影响。结果表明:选取适当的工作参数能够实现锰结核与泥沙颗粒有效分离。最后,提出一种自由沉降式及一种基于U型槽惯性分离器原理的水沙分离器设计方案,分别研究两种方案的分离效果与混合流的速度、浓度之间的关系,以及改善分离效果的措施。结果表明:两种分离器的分离效果均受到流速与浓度的影响,在一定条件下能达到较好的分离效果。
李江明[7]（2019）在《富钴结壳规模取样器深海强电动力传输及供配电系统研制》文中研究说明随着陆地矿产资源开采难度日益加大并逐渐枯竭,人类已开展深海矿产资源的开发研究,相继开发了相应的重载大功率海底作业设备,这些设备通过水面船舶将设备收放在海底遥控作业,需要解决通过铠装光电复合缆安全可靠的远距离输送动力与信号等关键技术难点。论文针对深海富钴结壳规模取样装备的研发需求,研究与设计了一套基于5500米铠装光电缆的强电动力传输及供配电监测保护系统,完成了海试验证。本文主要研究内容有分为以下几部分:1.第一章对国内外相关深海和陆上装备的强电动力及供配电系统的发展及研究状况进行概述,介绍了部分深海装备的供配电方式,并对本文的研究目的及主要内容进行概述。2.第二章根据富钴结壳规模取样器课题的负载情况及要求,结合国内外供配电系统的情况,对4000m级的富钴结壳规模取样器的供电动力传输系统进行设计研究,并对高压水下电机的启动过程进行分析计算,提出高压水下电机软启动以及直接启动两种设计方案。3.第三章对设计的了高压水下电机长距离动力传输系统运用matlab软件的SIMULINK进行仿真分析,分别比较了直接启动与软启动的优缺点,完成方案的可行性分析;最后对系统运行过程中短路故障产生的危害进行分析。4.第四章依据富钴结壳规模取样器水下工作的工况以及性能等方面的要求,并分析深海水下供配电常见的故障,对配电柜系统的电力控制以及供配电系统的监测保护进行设计研究,其中监控保护模块主要包括过压过流保护、相序保护、在线绝缘监测、高压水下电机漏水及过载保护。5.第五章对电力控制及各监控保护模块进行验证性试验,并进行全系统负载试验。试验结果表明,本供配电及监控系统可以有效对规模取样器系统进行保护,且能保证规模取样器在水下长时间稳定、安全的运转。6.最后对本文的研究内容进行总结分析,并对下一步工作进行展。
张旭[8]（2018）在《结壳矿层声学测厚仪在大洋富钴结壳资源勘察中的应用》文中认为大洋富钴结壳资源勘察是我国正在进行的大洋资源调查工作之一,完成这项工作需要专业的设备作为支撑。简要介绍了一种由中科院声学研究所东海研究站研制的一种测量结壳厚度的声学设备,对其首次搭载在我国自主研发的4 500米级ROV"海马"号上在中国大洋科考41B航次中的试验性应用进行了简单总结。
丁忠军,潘文超,林永春[9]（2018）在《大洋富钴结壳的高频声波模拟测试研究》文中提出针对"蛟龙"载人潜水器深海探测中利用超声波对富钴结壳进行原位探测的问题,在实验室模拟不同地区的富钴结壳与各类型基岩,使用2.25 MHz超声波探头发射的的高频超声波信号对采用地质拖网采集的富钴结壳进行测量。首先,对不同海山的富钴结壳进行了声速的测量与回波强度的测试。然后,对富钴结壳样品的下伏基岩进行测试,通过数字示波器得到反射波形数据,并分析得到其回波强度,通过回波强度对富钴结壳下的基岩种类进行分类。实验结果表明,样品的下伏基岩蚀变玄武岩、碳酸盐沉积物、钙质远洋沉积与泥质块的反射波形不同,回波强度存在差异,高频声波能够有效地区分富钴结壳下基岩的种类,为载人潜水器的水下原位测厚提供了可能。
邵珠文[10]（2017）在《基于蛟龙号的深海矿物切割取样装置的设计与研究》文中认为随着陆地资源的日益匮乏,深海矿石开采和采样成为了各国研究的新重点。随着ROV技术的发展和成熟,采用深潜器进行深海采样成为一种深海探测的趋势。我国蛟龙号海试成功,目前已投入航次使用,针对深海钴结壳和多金属硫化物的采样,对可搭载蛟龙号的新型采样设备的研究有重要现实意义。论文首先阐述了深海矿石采样设备的研究和发展,根据深海作业工况和要求设计一种电驱动深海切割刀,将ROV机械手与作业工具看作深海切割采样系统,并完成整体的三维建模。论文对深海切割刀的传动系统、动静密封以及主要零部件进行选型与设计,运用Ansys有限元软件完成了切割刀O型圈开槽设计,电机控制元件封装筒体的耐压性能分析和外置压力补偿器的计算。通过对几种不同作业姿态时蛟龙号潜水器本体的受力进行分析,得到不同切割姿态时潜水器所能承受的极限载荷,对潜器的坐底定位和切割作业的操作时抓持切割刀的姿态具有指导作用。通过LS-dyna对深海切割刀选取的刀具深海矿石切割过程进行模拟,分析切割不同形态矿石的受力状况和切割矿石规律,通过与蛟龙号能承受的极限载荷做比较,优选切割刀转速。通过Fluent流体分析软件对圆锯片在深海工况下转动的流场及水阻进行分析,研究不同海深和不同转速下锯片水阻的变化规律,通过Ansys对锯片和输出轴进行模态分析,得到其频率和振型,对金刚石圆锯片在深海采矿中的运用和切割刀搭载蛟龙号完成深海作业具有重要的现实意义。论文通过D-H法对机械手进行正解和逆解,研究了切割采样系统的工作空间和轨迹,比较搭载作业工具前后的作业空间变化,通过ADAMS运动学分析软件对不同抓持切割刀姿态下的机械手的力矩和受力进行分析,优选机械手抓持姿态,对未来作业工具搭载潜水器进行深海作业时调整机械手姿态提供依据。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 0 引言 |
| 1 富钴结壳地形及底质特性 |
| 1.1 微地形特征 |
| 1.2 物理特性 |
| 2 螺旋滚筒截齿截割采矿头 |
| 2.1 螺旋滚筒切削技术 |
| 2.2 经验计算 |
| 2.2.1 富钴结壳矿体与灰铸铁切削性能对比 |
| (1) 富钴结壳矿体的铣削性能。 |
| (2) 灰铸铁的铣削性能。 |
| 2.2.2 采矿头截割时的切削力及截割功率 |
| 3 实验室试验 |
| 3.1 模拟底质制作 |
| 3.2 试验平台搭建 |
| 3.3 水池试验 |
| 4 结论 |
| 0引言 |
| 1 原位探测器系统组成 |
| 2 测厚算法 |
| 3 试验 |
| 3.1 水池试验 |
| 3.2 海试试验 |
| 4 结论 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 载人潜水器研究现状 |
| 1.2.2 深海原位小型岩芯取样钻机研究现状 |
| 1.3 深海小型岩芯取样钻机结构 |
| 1.4 深海小型岩芯取样器钻取技术难点分析 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 2 PDC取芯钻头结构与破岩机理 |
| 2.1 PDC取芯钻头设计 |
| 2.1.1 PDC取芯钻头结构 |
| 2.1.2 切削齿几何参数 |
| 2.2 PDC取芯钻头破岩机理 |
| 2.2.1 岩石的变形破坏方式 |
| 2.2.2 单个切削齿作用下岩石裂纹扩展分析 |
| 2.2.3 组合切削齿作用下岩石裂纹扩展分析 |
| 2.2.4 PDC取芯钻头破岩受力分析 |
| 2.3 PDC取芯钻头钻进工艺参数 |
| 2.3.1 钻进压力 |
| 2.3.2 钻头转速 |
| 2.3.3 冲洗液量 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 PDC取芯钻头有限元仿真模型建立 |
| 3.1 ABAQUS软件简介 |
| 3.2 PDC取芯钻头仿真方案设计 |
| 3.3 PDC取芯钻头有限元模型 |
| 3.3.1 仿真基本假设 |
| 3.3.2 几何模型建立 |
| 3.3.3 PDC复合片和岩石材料力学参数 |
| 3.3.4 岩石本构模型和损伤准则 |
| 3.3.5 单元网格划分 |
| 3.3.6 分析步与边界约束条件设定 |
| 3.3.7 接触模型 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 PDC取芯钻头单个切削齿仿真分析 |
| 4.1 取芯效率评价标准 |
| 4.1.1 岩芯取样率 |
| 4.1.2 破岩机械比能 |
| 4.2 不同形状PDC单齿切削仿真分析 |
| 4.2.1 后倾角对破岩效果的影响 |
| 4.2.2 侧倾角对破岩效果的影响 |
| 4.2.3 非整形切削齿组合偏转角度对破岩效果的影响 |
| 4.2.4 非整形切削齿不同入岩位置对破岩效果的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 PDC取芯钻头钻进仿真分析 |
| 5.1 切削齿不同安装方案对破岩效果的影响 |
| 5.2 切削齿数量对破岩效果的影响 |
| 5.3 钻进参数对破岩规律的分析 |
| 5.3.1 钻进参数对进尺位移变化规律分析 |
| 5.3.2 钻进参数对反扭矩变化规律分析 |
| 5.3.3 钻进参数对钻进加速度变化规律分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.1.1 深海矿产资源概述 |
| 1.1.2 海底采矿技术概述 |
| 1.1.3 海底采矿对深海环境的影响 |
| 1.2 沉积物扰动模拟研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 2 沉积物扰动模拟装置结构设计 |
| 2.1 沉积物扰动模拟装置的方案设计 |
| 2.1.1 沉积物模拟扰动装置的技术指标 |
| 2.1.2 实验装置工作流程 |
| 2.1.3 装置搭载观测仪器的选择 |
| 2.2 沉积物喷射装置结构设计 |
| 2.2.1 喷泥推进器设计 |
| 2.2.2 喷嘴主要结构参数的设计 |
| 2.3 耐压电池舱的设计与校核 |
| 2.3.1 电池舱筒体的结构设计及校核 |
| 2.3.2 电池舱端盖的结构设计与校核 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 喷射装置及电池舱的数值模拟分析 |
| 3.1 喷泥推进器的流场模拟 |
| 3.1.1 MRF模型概况 |
| 3.1.2 推进器的流场模拟 |
| 3.1.3 模拟结果与讨论 |
| 3.2 喷嘴的数值模拟 |
| 3.2.1 多相流VOF模型概况 |
| 3.2.2 喷嘴的流场模拟设置 |
| 3.2.3 喷嘴模拟结果分析 |
| 3.2.4 基于流场模拟的喷嘴结构优化 |
| 3.3 耐压电池舱的有限元分析 |
| 3.3.1 耐压舱筒体的强度和稳定性分析 |
| 3.3.2 电池舱端盖强度模拟分析 |
| 3.3.3 电池舱的温度场分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于Fluent的沉积物沉降轨迹数值模拟分析 |
| 4.1 离散相模型(DPM)概述 |
| 4.1.1 颗粒相运动方程 |
| 4.1.2 流场流动的控制方程 |
| 4.1.3 离散相模型边界条件类型 |
| 4.1.4 Rosin-Rammler直径分布法 |
| 4.2 模拟参数设置 |
| 4.3 海水深度对颗粒沉降轨迹的影响研究 |
| 4.4 喷嘴高度对颗粒沉降轨迹的影响研究 |
| 4.5 颗粒喷射初速度对颗粒沉降轨迹的影响研究 |
| 4.6 结果与讨论 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 沉积物喷射装置的水池试验方案 |
| 5.1 实验室内水池试验方案 |
| 5.2 室内大型水池试验方案 |
| 5.3 港池试验方案 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
| 一、前言 |
| 二、国外深海矿产资源开发装备发展概述 |
| 三、我国深海矿产资源开发装备发展现状 |
| （一）深海采矿重载作业装备 |
| （二）矿石输送装备 |
| （三）水面支持装备 |
| 四、我国深海矿产资源开发装备发展面临的问题 |
| （一）基础科学问题研究尚不充分，理论支撑较为薄弱 |
| （二）关键技术未经有效验证，核心装备设计研发能力较弱 |
| （三）水下传感器和关键元器件研发能力不足，对外依赖性强 |
| （四）全系统联合海试尚未开展，规模化、商业化开采方案尚未规划 |
| （五）环境评估技术有待进一步提高，环境友好型装备亟待研发 |
| 五、关键科学技术问题与装备重点研发方向 |
| （一）关键科学技术问题分析 |
| 1. 系统总体设计 |
| 2. 海底重载作业装备感知与控制 |
| 3. 长距离矿石输送流动保障 |
| 4. 系统运维与预警 |
| 5. 环境监测与评估 |
| （二）装备重点研发方向 |
| 1. 深海采矿重载作业装备 |
| 2. 矿石输送装备 |
| 3. 水面支持装备 |
| 六、对策建议 |
| （一）确立深海矿产资源开发发展理念 |
| （二）明确关键技术装备研发任务 |
| （三）实施深海多金属结核开采示范工程 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景综述 |
| 1.1.1 深海矿产资源的种类、分布与特征 |
| 1.1.2 深海采矿技术的发展 |
| 1.1.3 深海采矿系统、深海集矿机与水力集矿方式的研究 |
| 1.1.4 深海采矿发展面临的挑战 |
| 1.2 本文研究内容及创新点 |
| 1.2.1 本文主要研究内容 |
| 1.2.2 本文主要创新点 |
| 1.3 本章小结 |
| 第二章 集矿机泥沙排放的数值模拟研究 |
| 2.1 深海锰结核赋存区域的海底沉积物特征 |
| 2.2 基于欧拉法的液固两相流数值计算模型及其验证 |
| 2.2.1 数值计算模型 |
| 2.2.2 模型验证 |
| 2.3 计算域与初始条件设置 |
| 2.4 排放初始条件对泥沙颗粒扩散行为的影响 |
| 2.4.1 排放初始速度的影响 |
| 2.4.2 排放初始浓度的影响 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 新型循环式水力集矿方案设计与研究方法 |
| 3.1 新型循环式水力集矿方案设计 |
| 3.1.1 设计思想概述 |
| 3.1.2 设计方案及其工作原理 |
| 3.1.3 方案优缺点评价 |
| 3.1.4 方案待研究的问题 |
| 3.2 研究方法 |
| 3.2.1 连续相的模拟 |
| 3.2.2 海底沉积物颗粒的模拟 |
| 3.2.3 锰结核颗粒的模拟 |
| 3.3 本章小节 |
| 第四章 覆底式水力集矿头设计与研究 |
| 4.1 方案设计 |
| 4.2 几何模型与计算条件 |
| 4.3 单孔射流的流场与锰结核运动特征 |
| 4.3.1 流场特征 |
| 4.3.2 锰结核运动特征 |
| 4.4 双孔射流的流场与锰结核运动特征 |
| 4.4.1 流场特征 |
| 4.4.2 锰结核运动特征 |
| 4.5 三孔射流的流场与锰结核运动特征 |
| 4.5.1 流场特征 |
| 4.5.2 锰结核运动特征 |
| 4.6 不同工作状态下锰结核采集率的比较 |
| 4.7 本章小节 |
| 第五章 重力式矿沙分离器设计与研究 |
| 5.1 方案设计 |
| 5.2 水平流道的计算与研究 |
| 5.2.1 水平流道几何模型与计算条件 |
| 5.2.2 流场特征 |
| 5.2.3 较低浓度输送条件下锰结核运动特征 |
| 5.2.4 较高浓度输送条件下锰结核运动特征 |
| 5.2.5 入口管道形态的影响 |
| 5.3 竖井的计算与研究 |
| 5.3.1 竖井几何模型与计算条件 |
| 5.3.2 低负载时的流场与泥沙颗粒分布特征 |
| 5.3.3 高负载时的泥沙颗粒分布特征 |
| 5.3.4 竖井流动对锰结核运动的影响估计 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 水沙分离器设计与研究 |
| 6.1 方案设计 |
| 6.2 自由沉降式水沙分离器的计算与研究 |
| 6.2.1 几何模型与计算条件 |
| 6.2.2 初始浓度对分离效果的影响 |
| 6.2.3 初始速度对分离效果的影响 |
| 6.2.4 提高分离效果的措施 |
| 6.3 基于U型槽惯性分离器原理的水沙分离器计算与研究 |
| 6.3.1 几何模型与计算条件 |
| 6.3.2 初始浓度对分离效果的影响 |
| 6.3.3 初始速度对分离效果的影响 |
| 6.3.4 提高低浓度时分离效果的措施 |
| 6.4 不同工况下总体分离效果的比较 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 主要研究工作总结和结论 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文及专利 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 1.4 论文结构 |
| 第二章 规模取样器动力传输系统的研究与设计 |
| 2.1 规模取样器作业方式及作业环境 |
| 2.1.1 规模取样器方案设计 |
| 2.1.2 作业母船相关设备介绍 |
| 2.1.3 光电复合缆 |
| 2.2 强电动力传输系统的总体方案设计及工作原理 |
| 2.3 水下电机及水下电机启动方式的计算与研究 |
| 2.3.1 高压水下电机选择 |
| 2.3.2 电机启动方式的选择 |
| 2.3.3 电机启动过程的理论计算分析 |
| 2.4 变压器设计计算 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 强电动力传输系统仿真分析 |
| 3.1 MATLAB_SIMULINK仿真环境介绍 |
| 3.2 模型建立与分析 |
| 3.2.1 高压水下电机的数学模型 |
| 3.2.2 高压水下电机强电远距离传输MATLAB仿真模型构建 |
| 3.3 仿真结果分析 |
| 3.3.1 电机软启动仿真结果分析 |
| 3.3.2 短路故障仿真结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 配电及保护监测系统的研究与设计 |
| 4.1 低压配电系统的主回路设计 |
| 4.2 基于PLC的低压配电二次控制回路设计 |
| 4.3 低压监控保护模块 |
| 4.3.1 相序保护与绝缘检测保护 |
| 4.3.2 过压、过流保护 |
| 4.3.3 电机温度及漏电监测保护 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 系统试验 |
| 5.1 试验目的 |
| 5.2 试验过程 |
| 5.2.1 线路连接 |
| 5.2.2 对绝缘检测保护与相序保护进行试验 |
| 5.2.3 对电力控制系统和过流保护试验 |
| 5.3 试验结果分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的学术论文及成果 |
| 0前言 |
| 1 结壳矿层声学测厚仪应用背景 |
| 2 设备简介 |
| 3 应用成果 |
| 3.1 定点测厚 |
| 3.2 小结 |
| 4 设备展望 |
| 1 试验材料与试验方法 |
| 1.1 试验材料 |
| 1.2 试验方法 |
| 2 实验结果 |
| 2.1 富钴结壳声速结果 |
| 2.2 基岩反射回波波形 |
| 2.3 基岩回波强度结果 |
| 3 结论 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 深海矿石采样设备的研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 总结 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 2 切割刀结构设计与分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 结构选型 |
| 2.3 深海切割采样系统结构 |
| 2.4 切割刀主要部件设计与分析 |
| 2.4.1 传动机构选型设计 |
| 2.4.2 壳体设计 |
| 2.4.3 O型圈开槽设计与分析 |
| 2.4.3.1 O型圈密封性能参数计算 |
| 2.4.3.2 O型圈有限元分析 |
| 2.4.4 动密封结构设计 |
| 2.5 电机控制元器件封装 |
| 2.5.1 设计要求 |
| 2.5.2 材料选择 |
| 2.5.3 设计与校核 |
| 2.6 压力补偿器选型及计算 |
| 2.6.1 压力补偿器选型 |
| 2.6.2 压力补偿器工作原理及计算 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 基于Hypermesh/LS-dyna切割刀动力学仿真 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 切割系统受力理论分析 |
| 3.2.1 蛟龙号作业潜器受力分析 |
| 3.2.2 锯片受力理论分析 |
| 3.3 LS-dyna算法与工况分析 |
| 3.3.1 HyperMesh/Ls-dyna显式动力学研究 |
| 3.3.2 面面接触算法分析 |
| 3.3.3 工况分析 |
| 3.4 模型建立与网格划分 |
| 3.4.1 富钴结壳材料模型 |
| 3.4.2 金刚石锯片材料模型 |
| 3.4.3 网格划分与加载 |
| 3.5 结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于有限元的刀具水阻与模态分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 锯片水阻理论分析 |
| 4.3 数学物理模型建立 |
| 4.4 边界条件设置与求解 |
| 4.5 模态分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于Matlab的切割系统作业空间模拟分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 机械手运动学求解 |
| 5.2.1 机械手参数 |
| 5.2.2 机械手运动学正解 |
| 5.2.3 机械手运动学逆解 |
| 5.3 机械手Matlab工作空间模拟 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于ADAMS的机械手受力分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 分析步骤与过程 |
| 6.2.1 虚拟样机与ADAMS介绍 |
| 6.2.2 分析步骤 |
| 6.3 四种姿态模型建立与加载 |
| 6.4 结果分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 |
