深海采矿系统中悬垂式立管动力响应分析

【作者】 朱嫣； 刘雨； 蒋玉峰； 王树青；

【机构】 中国海洋大学工程学院； 中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室；

【摘要】 深海采矿立管是连接水面支持采矿母船与底部中继站的核心构件,亦是深海矿产资源提升的"咽喉要道"。深海采矿立管通常被视为顶部动边界、底部弱约束的柔性悬垂式结构,不仅受到复杂波流环境载荷的影响,而且受到顶部采矿船升沉运动引起的振动,极易造成立管疲劳甚至断裂等失效。为明晰动边界及弱约束下深海采矿立管动力响应规律,基于OrcaFlex软件建立了千米级浮体-泵管-中继仓-矿车整体耦合模型,重点考虑了采矿船拖航速度、海洋环境载荷等因素,探究了不同因素水平下深海采矿立管弯矩、张力及位移等典型动力响应变化规律。数值模拟结果表明:采矿母船运动下,随着拖航速度增大深海采矿立管近水面区域位移及顶部弯矩增大;随着中继仓质量增加深海采矿立管弯矩和有效张力增大,但顶部位移逐渐减小;相比较,深海采矿立管在整个轴向范围内弯矩、有效张力及位移对波浪参数并不敏感。相关研究结论可为深海采矿创新模式设计、智能调控及安全运维提供有效的技术支撑。更多还原