深海采矿系统扬矿子系统纵向振动被动减振研究

【摘要】摘要：随着全球陆地资源的日趋紧张、世界经济和现代科技的飞速发展,开发海洋矿产资源成为世界各国发展的战略目标,尤其对于正在崛起的中华民族实现“中国梦”具有深远意义。深海采矿系统包括采矿平台、扬矿子系统和集矿机等,其中,采矿船、扬矿硬管、提升泵、中间舱和扬矿软管等是扬矿子系统的重要组成部分。本文研究基于中国深海采矿1000m海试系统,针对深海采矿作业过程中采矿船升沉运动引起的扬矿子系统纵向动力响应问题,提出了在泵和中间舱附加吸振器的方法减小纵向振幅,并运用Galerkin理论详细推导分析了扬矿子系统在泵和中间舱附加吸振器前后纵向动力性能的变化,利用BFGS变尺度法首次研究了水中吸振器的参数最优化问题。为了对计算机仿真结果进行验证,还建立了一套附加吸振器扬矿子系统纵向减振模拟实验系统。本文研究内容为将来深海采矿作业和海试提供了技术参考,也为加强采矿生产安全性提出了一条新的途径。论文的主要研究内容如下：1.针对中国大洋采矿海洋环境,研究了深海采矿系统所承受的风、波、流等载荷,且研究了扬矿子系统在一定深度海水中的环境载荷,详细推导了扬矿子系统的液动力载荷计算公式,并利用莫尔经验公式得到了波浪中采矿船升沉运动的简谐运动方程。2.对采矿船升沉运动下的扬矿子系统纵向振动进行了研究,构建了相应的动力学方程,并应用Galerkin理论进行了求解,仿真分析了不同海浪周期下扬矿子系统的纵向振幅和轴向应力在泵和中间舱位置节点随海浪频率的变化规律。3.针对采矿船升沉运动下的扬矿子系统纵向振动问题,提出了附加吸振器的方法,运用Galerkin方法分别研究了在泵和中间舱等不同部位附加吸振器时对于扬矿子系统的纵向振动位移和轴向力的影响,仿真结果表明,在扬矿子系统上附加吸振器是一种减小纵向振幅的简单可行且有效的方法,尤其在泵和中间舱部位均附加吸振器时抑振效果进一步提升。4.鉴于在扬矿子系统中附加吸振器的参数不同而引起纵向减振效果差异现象,深入分析了海水中单自由度主系统附加吸振器的两自由度振动系统,运用罚函数法和BFGS变尺度法推导了水中吸振器参数最优化的目标函数和算法,首次得到水中吸振器参数最优化的六个参数因子,而不是空气中的四个参数,丰富了吸振器参数最优化理论,并为后继附加吸振器的扬矿硬管纵向减振模拟实验提供了吸振器设计参数准备。5.提出了附加吸振器的扬矿硬管纵向减振模拟实验具体设计方案,其中,采矿船运动模拟装置采用了Stewart六自由度平台,吸振器模拟装置采用了简单有效的典型Voigt式吸振器,即弹簧-阻尼-质量子系统,在规格长×宽×高为2.6m×2.6m×3m的水池进行了多种采矿船升沉周期的模拟实验,实验结果与仿真结果基本吻合,因此验证了仿真结果的正确性,同时证明了扬矿子系统附加吸振器纵向减振方法的有效性。
【作者】邱显焱；
【导师】刘少军；
【作者基本信息】中南大学，机械设计及理论，2014，博士
【关键词】深海采矿；扬矿子系统；升沉运动；吸振器；被动减振；

【参考文献】
[1]白光明.刑事和解实证研究[D].甘肃政法学院,法律,2012,硕士.
[2]刘晓楠.机构投资者性质、会计稳健性与公司价值[D].新疆财经大学,会计学,2013,硕士.
[3]李学军.国有商业银行个人银行业务实施客户差异化服务的战略研究[D].重庆大学,2003.
[4]李平,余根钱.国际金融危机对中国经济冲击过程的系统回顾和思考[J].中国工业经济,2009,10:5-22.
[5]黄振有.镁合金搅拌摩擦搭接焊接头工艺与力学性能的研究[D].兰州理工大学,材料加工工程,2014,硕士.
[6]徐影.投资机会集下的高质量审计与会计信息质量[D].江西财经大学,会计学,2013,硕士.
[7]乔贞贞.农杆菌介导hrpZ_（Psg12）基因转化大豆的研究[D].吉林农业大学,植物病理学,2012,硕士.
[8]罗丹.汉英口译中的显化策略研究[D].福建师范大学,英语口译（专业学位）,2012,硕士.
[9]熊伟.张岱诗歌意象研究[D].首都师范大学,中国古代文学,2013,硕士.
[10]韦静静.热障涂层表层的力学性能、开裂机理及失效检测[D].华东理工大学,化工过程机械,2014,硕士.
[11]郭成钢.客户关系管理——在商业企业中的实现[D].东北财经大学,2003.
[12]张林.SiGe HBT基于物理的Scalable模型及InP HBT模型研究[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[13]赵亚宁.音乐教育在大学生素质教育中的重要作用[J].经济研究导刊,2015,04:212-213.
[14]马昌旭.四川长虹（600839）股价波动实证研究[D].对外经济贸易大学,工商管理,2004,硕士.
[15]方原拍.皮带秤的电信号模拟校验法[J].冶金自动化,1983,01:56-57.
[16]高鹏涛.探测器响应非均匀性对星地激光链路性能影响及补偿方法[D].哈尔滨工业大学,物理电子学,2014,硕士.
[17]王晓飞.油画创作中装饰性语言的探究与实践[D].沈阳师范大学,美术,2013,硕士.
[18]梁嘉品.亚甲蓝与帕瑞昔布对湿热下注型痔术后早期镇痛的对比研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.
[19]李刘佳.聚氨酯/丙烯酸酯共聚物乳液的合成及其在织物整理上的应用[D].北京化工大学,材料科学与工程,2013,硕士.
[20]曾建萍,艾强.“计算机支持协作学习”在企业培训中的应用实例[J].企业家天地下半月刊(理论版).2008(01)
[21]任彦斌.离散事件系统理论及应用国际研讨会在沈召开[J].自动化学报,1991,05:632.
[22]庾晋,周洁.管窥地球:在地球心脏上打个洞[J].石油地球物理勘探,2001,05:646-649.
[23]邱思莲.隐喻与二语语言文化习得[D].福建师范大学,英语语言文学,2004,硕士.
[24]张云.基于分形理论的重庆市温泉旅游地空间结构研究[D].西南大学,人文地理,2014,硕士.
[25]杨子.知识型员工工作压力与心理健康关系研究[D].内蒙古科技大学,企业管理,2013,硕士.
[26]陈金香,杨卫东.模糊奇异摄动系统H_∞滤波[J].控制与决策,2008,12:1395-1400.
[27]刘彦雄.器官移植的民法调整[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[28]张晓红.铝型材挤压模具CAD/CAPP集成系统关键技术研究[D].重庆大学,机械制造及其自动化,2003,硕士.
[29]李炜菁.香港“高官问责制”评析[D].华东师范大学,中国近现代史,2004,硕士.
[30]刘丹.多级层次交互马氏决策研究[D].华中科技大学,系统工程,2013,硕士.
[31]陈勇.锡原子材料让计算机“跑”的更快[J].内江科技,2014,01:148.
[32]李胜杰.稻草制备碳化硅晶须的工艺研究[D].长春工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[33]何桦,顾全,卫志农,孙国强.基于主导和非主导参数的参数可估计性辨识[J].电力系统自动化,2007,11:49-52+64.
[34]孟刚.型钢再生混凝土组合柱正截面受力性能的有限元分析[D].西安建筑科技大学,结构工程,2013,硕士.
[35]郝世赫.我国金融发展与经济增长之间的非线性关联研究[D].吉林大学,数量经济学,2014,硕士.
[36]周飞,姚修远,吴学智,李友敏.考虑谐振回路损耗的辅助谐振换流极开关损耗分析[J].电工技术学报,2014,08:211-218.
[37]孟凡.基于公共文化服务体系的农村电影放映工程建设研究[D].山东大学,艺术学,2013,硕士.
[38]肖盼.儿童游泳游戏对游泳基础运动技术学习的影响[D].山西师范大学,体育教育训练学,2014,硕士.
[39]韩海燕.层状C_xN化合物结构、电子性质和储氢性能的第一性原理研究[D].河南理工大学,2011.
[40]李高峰.H桥型多电平逆变器PWM调制策略及控制系统研究[D].中国矿业大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[41]李雅玲.教师教育案例库建设及其案例研究[D].首都师范大学,计算机,2004,硕士.
[42]刘晓辉.PDGF-α受体沉默对人晶状体上皮细胞增殖和凋亡的影响[D].桂林医学院,外科学,2012,硕士.
[43]陆观.指纹识别技术在公安指纹信息系统中的研究及应用[D].东华大学,软件工程（专业学位）,2014,硕士.
[44]刘延民.深圳FW快餐公司新店设立的财务决策研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[45]张浩,张铁男,沈继红,李阳.Tent混沌粒子群算法及其在结构优化决策中的应用[J].控制与决策,2008,08:857-862.
[46]李蕊.基于神经网络的IPTV视频质量评估模型[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[47]马祥雪.轻度认知损害认知功能与中医证候要素的相关性研究[D].北京中医药大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[48]周威平,钱智勇.试论学科馆员重点学科知识集成服务[J].情报资料工作,2005,06:88-90.
[49]刘言,程鹤鸣,阎仲仲,刘祥.水可分散性石墨烯-聚苯胺复合物合成初探[J].广州化工,2012,11:98-100.
[50]王玮蔡莲红.数据挖掘走入语音处理[N].计算机世界,2001-05-21B06.