摘要：The plow of the submarine plowing trencher is one of the main functional mechanisms, and its optimization is very important. The design parameters play a very significant role in determining the requirements of the towing force of a vessel. A multi-objective genetic algorithm based on analytical models of the plow surface has been examined and applied in efforts to obtain optimal design of the plow. For a specific soil condition, the draft force and moldboard surface area which are the key parameters in the working process of the plow are optimized by finding the corresponding optimal values of the plow blade penetration angle and two surface angles of the main cutting blade of the plow. Parameters such as the moldboard side angle of deviation, moldboard lift angle, angular variation of the tangent line, and the spanning length are also analyzed with respect to the force of the moldboard surface along soil flow direction. Results show that the optimized plow has an improved plow performance. The draft forces of the main cutting blade and the moldboard are 10.6% and 7%, respectively, less than the original design. The standard deviation of Gaussian curvature of moldboard is lowered by 64.5%, which implies that the smoothness of the optimized moldboard surface is much greater than the original.

摘要：针对小型载人运载器水下对接、搭载和投送的任务需求,设计了背驮式小型运载器搭载对接装置.选取对接过程总冲量为目标变量,基于响应面方法和Central Composite Design(中心组合设计)试验设计方法,分别建立了多种对接情况下目标变量碰撞冲量关于初始对接参数的数学模型.利用Adams软件建立虚拟样机并获得试验数据,求解各模型对接冲量最大的情况和对应的对接参数.基于Abaqus有限元软件,引入缓冲杆参数作为设计变量,根据确定的对接参数建立目标函数关于缓冲杆参数的数学模型,最终得到最优的缓冲杆参数,降低了对接过程中运载器对母平台的冲击.

摘要：海底犁式挖沟机犁体工作面的结构直接影响挖掘效率及牵引力大小,对犁体工作面进行数学建模分析及挖掘机理研究具有重要的理论指导和工程实践价值。利用空间平面及水平直元线法建立犁体主切削面和翻抛曲面方程,根据翻抛土壤能量最小方向得到土迹线方程,基于犁体工作面土壤运动机理建立土壤裂解和翻抛的动力学方程,据此确定了牵引力的理论计算方法。数值仿真计算表明,翻抛曲面曲率影响土壤翻抛的法向力及切向力,牵引速度的变化对土壤翻抛的切向力影响较大;影响主切削面受力的主要因素包括土壤粘聚力和内摩擦角,且随着粘聚力与内摩擦角增加,后者对主切削面受力影响较大。海底犁式挖沟机试验样机的陆地试验结果与理论计算结果基本吻合,例如当沟深为0.8 m时,实测牵引力与理论值的相对误差为3%,试验结果验证了所建立的犁体牵引力的理论计算方法的可行性。该研究可以有效预测海底犁式挖沟机工程样机的牵引力,进而为工程样机的设计及海试等提供理论和技术参考。

摘要：为了解决深水海域多功能管道维修机具作业时稳定夹紧管道以及刀盘与管道保持同心的技术难题，提出了“双臂”抱紧式自定心管道夹紧装置的设计方案。该方案由两组对称的平行四边形双摇杆机构和摇块机构组成；以运动和传动为约束条件，对夹紧装置几何参数的求解进行了研究，建立了夹持点摩擦力矩与驱动力关联力学模型；以管径介于304．8～457．2mm的管道为实例，设计制造了夹紧装置及机具，并进行了水下作业ADMAS仿真及陆上切割与坡口试验。结果表明：①油气管道管径越小，夹紧装置摇块机构的传动角越小，液压缸行程和双摇杆机构的传动角越大；②夹紧装置驱动力随油气管道管径的增加而增加，当管径达到457．2mm时，夹紧装置液压缸驱动力应大干10219N；③初始切割管道时，机具将产生微小晃动，使刀具进给量突然增大，此时应采用小进给方式；④陆上试验结果与理论设计和仿真结果的吻合度较高，验证了该方案的合理性。该项成果为相关工程样机的研制奠定了技术基础。

摘要：针对深水X70钢级管道维修时磨削防腐层时易过切、切断困难及多种机具配合作业效率低的问题,提出了"一次"装夹,多工序加工的新型多功能维修机具方案。机具通过铣削方法切断管道、去除焊冠、内外倒角,基于波形刃铣刀机床铣削实验,获得了铣削力经验公式;采用研磨盘去除防腐涂层,并设计了一种自适应管椭圆度变化的旋转柔顺机构,进行了磨削工具的水下作业力学分析;完成了机具的设计、制造及陆上作业试验。结果表明:磨削阻力矩随磨削压力和作业工具半径的增大显著增大;大直径波形刃铣刀切割X70钢级大壁厚管道时不夹刀、切管时间短;铣削力随刀具转速及进给速度的增大而增大,当铣削力达到5 000 N时,机具颤振明显;陆上试验与预期相符,验证了该方案的合理性,为工程样机的研制奠定了技术基础。

摘要：分析了螺栓法兰连接的金属透镜垫在预紧状态和工作状态下的变形情况,以及透镜垫与螺栓法兰的变形协调关系,将金属透镜垫与螺栓法兰刚度引入透镜垫法兰连接的力学计算中,推导出了金属透镜垫自紧系数计算公式,结果表明金属透镜垫自紧系数与金属透镜垫及螺栓法兰刚度有关.采用Hertz接触理论推导出了关于透镜垫密封接触环中心最大接触压力的螺栓法兰预紧载荷与工作载荷计算公式.通过接触力学实验验证了公式的正确性,为水下密封工程中较大直径透镜垫的设计提供参考依据.

摘要：设计了用于油气田管道坡口切割的角度铣刀。详细介绍了铣刀的设计方法,包括参数设计与建模、受力分析与计算、有限元分析与校正。

摘要：张力腿平台通过张力筋腱与海底连接,从而约束了张力腿平台升沉方向上运动,并在一定范围内限制其水平方向的运动,这种动态载荷是由张力筋腱及其连接器承担的,因此张力筋腱的柔性连接成为张力腿平台研发过程中的关键研究内容之一。目前国内尚缺乏对张力筋腱连接器的研究,因此详细研究了张力腿平台张力筋腱连接器构型,建立张力筋腱顶部连接器锁紧机构的力学模型,通过响应面法对锁定机构的牙型角、齿根厚度、齿顶厚度和分瓣螺母底面夹角等关键参数进行优化,以降低最大等效应力,延长连接器的疲劳寿命,提高连接稳定性。研制张力筋腱底部连接器缩比原理样机,完成张力筋腱底部连接器陆地与水池安装试验,通过试验验证张力筋腱底部连接器构型的合理性。结果表明,经过优化后的顶部连接器性能有明显提升,与优化前相比,最大等效应力降低了26.5%,而接触反力增加了37.4%。底部连接器构型合理,均可以完成张力筋腱的连接要求。

摘要：深水柔性管道在铺设过程中会受到诸多因素的影响,而管道的动态张力将直接影响着其铺设装备的设计以及实际的铺设过程。本文建立了一种考虑了铺管船运动、波浪载荷、流载荷、风载荷以及柔性管道的耦合模型。基于上述模型,采用自然悬链线理论结合莫里森方程确定了柔性管道的初始形态,应用有限元软件AQWA对“海洋工程201”进行了水动力分析确定了船舶的动态响应,在特定海况下应用Orcaflex软件,对25.4 cm的柔性管道在3000 m水深条件下的铺设过程进行了分析,研究了柔性管道在铺设过程中动态张力的变化,以及软管铺设过程中铺设角度、铺设水深、波浪角度、有义波高以及谱峰周期对管道动态张力的影响。结果表明:海洋环境载荷、船舶运动、铺设条件等因素与管道动态张力之间存在很强的关联性,管道的最大轴向拉力相比于静态张力增大了42.7%。

摘要：针对深水管道椭圆度大、水下去除管道防腐涂层作业时机具易损伤管道的问题,设计一种自适应管道表面形态变化的的磨削装置。基于边界层理论,建立磨削工具水下作业力学模型;通过机床磨削实验,研究刷盘结构参数对防腐层去除效果的影响,结果表明中密度碗形钢丝刷磨削效果最好;完成了样机的研制与陆上试验,结果验证了磨削装置设计的正确性。