水下导向攻泥器钻进过程动力学建模及实验验证

水下导向攻泥器是沉船打捞过程中重要的攻千斤洞作业工具,钻孔轨迹和导向精度直接决定了攻打千斤洞的质量。分析了水下导向攻泥器的钻进导向过程,运用土力学原理建立钻头负载力学模型,并提出采用圆孔扩张理论推演土壤的钻进形变力矩;在静力学分析基础上,采用牛顿-欧拉法建立钻头动力学方程,并在MATLAB对钻进过程进行仿真;最后对所建立的钻进动力学模型进行了实验研究。实验与仿真结果对比验证了所提出的水下导向攻泥器钻头数学模型的准确性。

水下导向攻泥器应用研究及改进方案

本文通过抓住沉船打捞工程中关键技术——攻打千斤洞技术面临的风险、效率、关键性这一痛点,结合传统打捞和现代打捞的实践经验,梳理了传统、陆用、国际国内攻打千斤洞的装备和作业流程,针对现有装备、技术的不足,提出了系统的装备改进方案。

水下导向攻泥器收放过程对连续油管性能的影响

在水下导向攻泥器完成海底打捞钢缆的穿引作业过程中,连续油管需要经历弯曲和矫直两个塑性变形工序,从而引起油管出现局部厚度的增加或减薄。多次施工后,随着塑性应变累积,油管局部厚度的变化进一步显著,结构容易出现屈曲,油管的推进能力出现降低。以连续油管为研究对象,通过ABAQUS有限元软件构建连续油管弯曲、矫直过程的仿真计算模型,研究油管变形过程的应力、塑性应变、管件厚度以及轴向偏移的变化规律,在此基础上研究多道次变形对油管推进过程中屈曲行为的影响。研究结果对连续油管的工程应用具有指导意义。

基于钻杆力学推算的水下定向钻进艏向校正算法

针对水下导向攻泥器钻头安装空间有限,钻进导航所用的紧凑型MEMS惯性器件精度较低且长时间工作艏向角容易发散等问题,提出了一种基于柔性钻杆力学模型的位姿推算和辅助校准方法,在不增加传感器的条件下可有效提高原有导航精度。根据柔性杆理论建立钻头艏向角与坐标之间的数学模型,利用钻杆近端刚性大和变形量小的特点,在惯导数据误差偏大时采用卡尔曼滤波算法对MEMS惯导数据与钻杆变形量进行数据融合,从而实现艏向角纠偏和校准的目的。最后在不同工况下通过Abaqus有限元软件进行仿真试验,得出柔性钻杆变形量的对比数据,验证钻杆力学推算算法的有效性。试验表明:基于钻杆力学推算的艏向校正算法满足艏向角辅助校正的基本要求。