深海原位取芯钻机作业机理分析及实验研究

针对深海运载器海底岩芯原位取样作业需求,对基于水下运载器的深海原位取芯钻机在深海低温、高压、底层流速多变等特点条件下的作业机理及受力进行分析,并选取硬质合金钻头和PDC钻头进行了取芯钻头的轴向力、切向力和切削功率的数学力学对比计算,确定了单环四齿周向均布的金刚石复合片(PDC)钻头设计方案。在理论分析基础上,针对深海钴结壳设计了台架试验,开展钻进试验研究。通过理论计算和实验研究,探寻了一种基于深海运载器的钴结壳小型钻机设计方法,确定了钻机功率、转速、钻进正向压力和取芯率等基本参数选取范围,对开展海底岩芯原位取样作业具有重要的指导意义。     

基于深海运载器的小型岩芯取样钻机发展现状分析

深海岩芯取样钻机是开展海洋科学研究、深海资源探测和海底地质取样所必备的关键性装备,随着深海运载器的大规模应用,利用运载器优势发展深海运载器小型岩芯取样探测技术得到了国内外学者的关注,并形成了研究热点方向。在深海运载器作业工具应用认识基础上,首次聚焦运载器岩芯取样钻机研究,对国内外运载器岩芯取样钻机的发展现状、技术特点进行了全面综述。同时,基于"蛟龙"号岩芯钻机研制及应用经验,讨论了发展运载器岩芯取样钻机的关键技术。最后总结了后续发展方向,以期为我国深海运载器岩芯钻机的研发和应用提供技术参考。     

海底载流管道轴对称波频散特性分析

海底载流管道是典型的土-固-液三相耦合问题.利用Flügge壳体运动方程,结合弹性动力学方程,建立海底载流管道轴对称运动时的频散方程,分析自由振动波的性质及其随频率变化的规律.结果表明管道周围的土壤介质对其自由振动波的传播特性影响显著,而土壤介质刚度的增大使得自由振动波的截止频率随之增加.     

深海浅表层沉积物不排水剪切强度的多探头原位测试系统及评价方法研究

海洋工程建设已步入深海,但与之匹配的浅表层沉积物不排水剪切强度原位测试技术尚不成熟。为此,本文开发了可用于评估深海浅表层沉积物土力学性质的多探头原位测试系统,包括锥形触探仪、球形贯入仪和十字板剪切仪,可实现对深海沉积物土力学性质的快速、准确和智能化评价。进一步,通过CEL大变形数值模拟和足尺土工模型试验确定锥形触探仪的锥尖阻力系数,基于离心模型试验给出球形贯入仪的贯入阻力系数,从而完善深海浅表层沉积物不排水剪切强度的评价方法;在此基础上,探讨3种特定仪器各自适合的强度测试区间。结果表明:对于深海浅表层沉积物不排水剪切强度的评估,锥形触探仪和球形贯入仪的阻力系数建议分别取值为9.5和11.1。     

基于谱分析LNG船典型热点疲劳可靠性分析

研究LNG船在疲劳载荷作用下应力热点的疲劳可靠性。通过整船有限元分析得到不同浪向角规则波中各热点的应力频响函数,用谱分析法确定各热应力点在各短期海况下的应力范围模型,进而通过长期预报,用Weibull分布对各热点应力范围分布模型进行拟合并探讨热点型式和受载特性对参数变化的影响。基于线性累积损伤理论,利用S-N曲线计算各热点的疲劳累积损伤值并建立极限状态方程,评估LNG船舯部典型热点的疲劳可靠性和结构的疲劳安全性。针对不同热点讨论了应力范围长期分布函数—Weibull分布参数的取值对典型热点可靠性指标的影响,并给出典型热点目标可靠性指标和长期应力范围极值之间的关系以用于指导设计和安全性评价。     

大型LNG船典型节点疲劳寿命谱分析评估

基于S-N曲线和Miner线性累计损伤理论,采用谱分析方法对16万立方薄膜型LNG船典型节点的疲劳寿命进行了评估。建立全船结构有限元分析模型及典型装载工况下的水动力计算模型,给出不同浪向角及波浪频率下典型节点的热点应力传递函数及分布带宽系数,采用北大西洋波浪散布图,得到各典型节点的疲劳寿命结果,并对各节点的疲劳寿命进行评估和分析。分析结果可为同类LNG船的开发设计提供参考依据。