深海采矿是一种高科技且高难度的深水、超深水采矿技术,以往的研究成果中对采矿船动力定位过程与立管及设备耦合分析尚不充分。该文采用势流理论分析采矿船水动力性能,采用集中质量法与Morison方程对立管与中继舱进行动力学建模。船舶动力定位系统采用PID控制器结合Kalman滤波进行建模,同时模拟了推力分配单元,充分计及动力定位对耦合运动系统的影响,完成采矿船动力定位过程中的深海采矿系统时域耦合数值分析;计算获得指定海况下的采矿船、中继舱的运动状态,立管的张力以及推进器推力等信息;分析了动态模拟中动力定位的影响。仿真过程对于深海采矿设计分析具有参考价值。

采矿船于船舯处有大开口月池贯穿船底用于矿物开采,并且月池前后均匀分布4个矿物储存舱,采矿船兼有矿砂船和钻井船的共性。矿砂船横剖面形式采用方形截面设计,便于舱内矿物海上输入输出转运作业。舱段有限元相对于全船有限元更加方便快捷,航行状态下采矿船内、外载荷与矿砂船类似。因此对于航行状态,该文按照CCS船舶规范,从结构型式、模型范围、工况选取及参数设置等方面考量,并应用CCS-HCSR-TOOLS软件进行舱段有限元强度分析;根据计算分析结果得出采矿船前期设计需要特别关注的区域,为采矿船结构设计和强度分析提供思路和方向。

钻台是钻井船钻井系统的主要承载和支撑平台,是决定钻井船的钻井能力及作业安全的主要因素之一。然而,其工作环境十分恶劣,在意外载荷冲击下常常会导致局部的塑性失效甚至影响到钻台整体强度安全,对工程生产以及人身财产造成巨大威胁。文中对某3000m深水钻井船钻台甲板结构局部塑性失效问题进行研究,重点关注坠物载荷作用下甲板不同结构单元的能量吸收模型和能力问题,并通过非线性有限元方法模拟了钻台不同构件下的失效过程,最终得到了坠物载荷作用下相关结构简化评估方法,为类似实际工程问题提供参考。

以两艘钻井船为例,分别计算其波浪载荷传递函数和波浪载荷长期预报值,将计算结果与规范计算值比较,且对其中一艘钻井船计算其不考虑月池开孔时的波浪载荷预报,试图找出钻井船与常规船型的差异,为结构设计人员在钻井船设计方面提供一定的借鉴。