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玻纤增强柔性管结构敏感性研究与数值分析

海南大学学报（自然科学版） 2024年第1期42卷 78-86页

作者：艾龙沈义俊海南大学土木建筑工程学院海南海口570100 海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海南海口570100

针对在海洋油气开采中传统钢管质量大、易腐蚀老化等问题,亟需找到一种质量小、强度高且耐腐蚀的新型柔性管道,选用玻纤增强柔性管开展了研究,基于复合材料层合板理论建立了玻纤增强柔性管的理论模型,采用ABAQUS建立了管道整体的有限元... 详细信息

针对在海洋油气开采中传统钢管质量大、易腐蚀老化等问题,亟需找到一种质量小、强度高且耐腐蚀的新型柔性管道,选用玻纤增强柔性管开展了研究,基于复合材料层合板理论建立了玻纤增强柔性管的理论模型,采用ABAQUS建立了管道整体的有限元模型,通过相关文献验证了模型的准确性,分析了缠绕角度在拉伸、压缩、弯曲、拉伸-弯曲以及压缩-弯曲5种荷载工况下对管道应力的影响,并着重分析了拉伸工况下增强层缠绕层数对管道应力的影响.结果表明:柔性管增强层是管道主要的承载结构.综合5种工况模拟结果,得到柔性管增强层最佳缠绕角度为(±45°)~(±55°),增强层缠绕层数在4~16层时,柔性管承载能力有较大提高,超过16层后,承载能力无明显提高.

关键词：海洋管道纤维增强复合材料柔性管有限元缠绕角度

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旋转水力提升多金属结核运动特性数值模拟

矿冶工程 2024年第2期44卷 13-17页

作者：陈云杜燕连李萌梁栋沈义俊海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海南海口570228 海南大学机电工程学院海南海口570228 海南大学信息与通信工程学院海南海口570228

采用CFD-DEM耦合方法对多金属结核提升进行模拟,研究了垂直管道中不同旋转流场旋流比对水力提升多金属结核输运特性的影响。结果表明,随着旋转流场旋流比增大,旋转强度显著增强,流体流速最大值增大,颗粒群轴向平均速度增大。旋转流场的... 详细信息

采用CFD-DEM耦合方法对多金属结核提升进行模拟,研究了垂直管道中不同旋转流场旋流比对水力提升多金属结核输运特性的影响。结果表明,随着旋转流场旋流比增大,旋转强度显著增强,流体流速最大值增大,颗粒群轴向平均速度增大。旋转流场的旋转强度明显影响管道内颗粒的速度分布:速度大的颗粒逐步分布在管壁周围,速度较小的颗粒分布在管道中心处。旋转流场可降低颗粒群局部浓度,有利于降低因颗粒滞留效应引起局部浓度升高造成的输送管堵塞风险。

关键词：深海采矿多金属结核液固双相流水力提升管道输送旋流比 CFD-DEM耦合

机器人在管道提升式深海采矿系统中智能化的挑战与发展趋势

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科技导报 2024年第12期 92-106页

作者：沈义俊张炜峰周健一全嘉鑫李文庆刘悦凡张瑞永李萌海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海南大学海洋科学与工程学院

近年来对深海矿物资源的开采需求逐步增大，为了解决传统的管道提升式采矿系统的缺陷，提出将智能化机器人引入来实现高效、精准的矿物采集和结构物的健康监测。但由于深海环境复杂，与陆地上机器人相比，水下机器人的设计需要考虑海洋... 详细信息

近年来对深海矿物资源的开采需求逐步增大，为了解决传统的管道提升式采矿系统的缺陷，提出将智能化机器人引入来实现高效、精准的矿物采集和结构物的健康监测。但由于深海环境复杂，与陆地上机器人相比，水下机器人的设计需要考虑海洋带来的阻力、噪声等多方面的影响。从水动力学、水下定位和水下视觉3个方面介绍了管道提升式深海采矿系统中采矿机器人的发展与技术难点，概述了机器人管道检测技术。探讨了深海资源开采水下机器人的技术发展方向。

关键词：深海采矿机器人管道检测机器人水下动力学水下定位水下视觉

石墨烯纳米片/密胺复合泡沫性能增强机制研究

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精密成形工程 2024年第6期16卷 1-11页

作者：周莹刘世盟赵近川 WANG Chongda 沈义俊王桂振海南大学土木建筑工程学院海口570228 海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海口570228 海南大学材料科学与工程学院海口570228 海南大学精密仪器高等研究中心海口570228 大连海事大学交通运输工程学院辽宁大连1160261 多伦多大学微孔塑料制造实验室机械与工业工程学院加拿大多伦多M5S 3G8

目的探究三聚氰胺与甲醛原料比例、发泡剂正戊烷含量、乳化剂OP-10含量和固化剂甲酸含量对密胺泡沫发泡过程的影响及作用机理,并制备石墨烯纳米片/密胺复合泡沫材料,改善密胺泡沫力学性能,提高密胺泡沫材料热稳定性以及阻燃性。方法通... 详细信息

目的探究三聚氰胺与甲醛原料比例、发泡剂正戊烷含量、乳化剂OP-10含量和固化剂甲酸含量对密胺泡沫发泡过程的影响及作用机理,并制备石墨烯纳米片/密胺复合泡沫材料,改善密胺泡沫力学性能,提高密胺泡沫材料热稳定性以及阻燃性。方法通过调整原料比例、改变不同助剂的掺量探究发泡工艺对泡沫结构的影响,并研究石墨烯纳米片对复合泡沫性能的增强机制。对样品进行力学性能测试,并通过扫描电子显微镜和热重分析仪对泡沫微观结构和热力学性能进行分析。结果当三聚氰胺与甲醛物质的量之比为1︰3~1︰4时,预聚体交联度高,结构完整;当正戊烷质量分数为33%时,能够为预聚体提供足够的成核点;当甲酸质量分数为8%时,固化速度适宜;当OP-10质量分数为4%~6%时,有效降低了界面张力。添加石墨烯纳米片使复合泡沫最高压缩强度达到23.86 kPa,最高残碳率上升为8.24%,热导率仅上升0.006 W/(m·K),保持了良好的保温隔热性能。结论甲醛与三聚氰胺的物质的量之比会影响预聚体交联程度;正戊烷因其低沸点而促进了泡沫成核;甲酸通过为基体提供更多的交联点加速了固化速度;OP-10在发泡过程中通过调整与发泡剂的相容性以及作为表面活性剂发挥了作用。石墨烯纳米片的添加提高了复合泡沫的力学性能,在保持低密度和低热导率的同时进一步增强了其热稳定性及其阻燃能力。

关键词：石墨烯纳米片密胺泡沫发泡机理热稳定性阻燃性能

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玻璃纤维增强柔性冷水管截面设计及强度分析

扬州大学学报（自然科学版） 2024年第1期27卷 9-17页

作者：李正农段国娣沈义俊吴红华蔡虬瑞湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室长沙410082 海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海口570228

海洋温差能因具有能源稳定、环保可持续等特点,而具有较高的开发利用价值.冷海水管设计是温差能电站建造的重要环节,为降低成本,提出一种分段设计方法.首先,利用ABAQUS软件对直径为1 m的大口径玻璃纤维增强柔性冷水管进行截面设计,并运... 详细信息

海洋温差能因具有能源稳定、环保可持续等特点,而具有较高的开发利用价值.冷海水管设计是温差能电站建造的重要环节,为降低成本,提出一种分段设计方法.首先,利用ABAQUS软件对直径为1 m的大口径玻璃纤维增强柔性冷水管进行截面设计,并运用ORCAFLEX软件分析缓波形布置冷水管的整体受力情况;其次,根据整体受力分析结果将冷水管按深度分段,再通过ABAQUS软件建立局部分析模型,计算得到不同分段冷水管满足内压、外压、拉伸载荷及弯矩组合载荷强度要求的增强层最少纤维缠绕层数;最后,提出分段设计截面的方法.研究结果表明,采用分段设计截面的方法,可大幅减少冷水管纤维增强层材料的用量,降低冷水管的制作成本,为大口径玻璃纤维增强冷水管的设计提供参考.

关键词：深海海洋温差能海洋管道复合材料结构设计

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气力提升系统气液两相流流动特性研究

力学与实践 2024年第3期46卷 548-558页

作者：朱井育杜燕连符孟帝韩雨彤甘羽星沈义俊海南大学机电工程学院海南大学信息与通信工程学院海南大学化学与工程技术学院海南大学海洋科学与工程学院

以空气-水作为介质，探究气举泵气液两相流的压力和流量特性，并基于压力信号的时域、功率谱密度函数(power spectral density,PSD)和概率密度函数(probability density function,PDF)分析鉴别流型。结果表明：除了进气喷嘴附近外，其... 详细信息

以空气-水作为介质，探究气举泵气液两相流的压力和流量特性，并基于压力信号的时域、功率谱密度函数(power spectral density,PSD)和概率密度函数(probability density function,PDF)分析鉴别流型。结果表明：除了进气喷嘴附近外，其他位置的局部平均压力随气体流速的增大逐渐上升达到峰值后减小，峰值随着浸没比的减小而向右移动且上升速度增大；液体流速随着气体流速增大急剧上升达到峰值后几乎保持不变，最大提升效率约为49%，与最大液体流速并不发生在同一个气体流速下；在不同的气流量下，观测到气泡流、帽弹流、弹状流、搅拌流和环状流的出现，不同流型可通过PSD和PDF估计量进行识别；特别是，浸没比越小越有利于形成大气塞。目前，关于气举泵的研究非常有限，本研究结果可为气液固三相流和气液两相流的研究提供数据和技术支撑。

关键词：气举泵气液两相流压力特性流动特性流型识别

附加重块和弹簧刚度对垂直悬臂输流管动力学稳定性的影响研究

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中国造船 2023年第3期64卷 212-222页

作者：马永奇沈义俊尤云祥冯爱春陈科上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200030 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院三亚572000 海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海口570228

基于哈密尔顿原理建立考虑附加重块和弹簧的悬臂输流管道动力学理论模型,采用微分求积法求解模型控制方程。分别研究了附加重块的质量、弹簧的刚度、重力参数和附加重块/弹簧与重力参数对管道内流体临界流速的影响。结果表明:附加重块... 详细信息

基于哈密尔顿原理建立考虑附加重块和弹簧的悬臂输流管道动力学理论模型,采用微分求积法求解模型控制方程。分别研究了附加重块的质量、弹簧的刚度、重力参数和附加重块/弹簧与重力参数对管道内流体临界流速的影响。结果表明:附加重块和弹簧对悬臂输流管道系统内流体的临界速度有显著影响;在流体质量比一定范围内,垂直悬臂管道自由端附加重块和弹簧时可以显著提高管道内流体的临界速度。

关键词：悬臂输流管道附加重块和弹簧哈密尔顿方法微分求积法

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旋转水力提升多金属结核运动特性数值模拟

矿冶工程 2023年

作者：陈云杜燕连李萌梁栋沈义俊海南大学机电工程学院海南大学信息与通信工程学院海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室

关键词：深海采矿多金属结核液固双相流水力提升管道输送旋流比 CFD-DEM耦合

深海矿物资源开发系统关键力学问题及技术挑战

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力学与实践 2022年第5期44卷 1005-1020页

作者：沈义俊陈敏芳杜燕连李萌海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室海口570228 海南大学机电工程学院海口570228 海南大学信息与通信工程学院海口570228

海底矿产资源丰富,但环境复杂恶劣,对深海矿物资源开发系统构成极大的危害。本文简述了国内外深海矿物资源开采系统的发展进程及几种典型的深海资源开采系统,基于复杂多变的海况,提出了深海矿物资源开采系统所涉及到的关键力学问题及技... 详细信息

海底矿产资源丰富,但环境复杂恶劣,对深海矿物资源开发系统构成极大的危害。本文简述了国内外深海矿物资源开采系统的发展进程及几种典型的深海资源开采系统,基于复杂多变的海况,提出了深海矿物资源开采系统所涉及到的关键力学问题及技术挑战,从矿物资源开采系统的总体设计及集成控制、采矿车采集动态性能控制、立管输送系统动态特性、环境监测与评价等主要关键部分概括了目前采矿系统所面临的技术挑战。

关键词：深海采矿采矿车水面工作母船立管输送系统集成