李 艳， 成 赟， 郭轶可， 刘少军

(1.中南大学 机电工程学院， 湖南 长沙 410083； 2.深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室， 湖南 长沙 410012)

1 研究背景

随着社会发展对资源的需求越来越大，人类开始迈步海洋探索其中蕴藏的资源，深海采矿系统的研究成为世界各国在海洋装备研究领域的一个热点课题。我国计划在“十三五”期间完成1 000 m级海上采矿试验，同时开展更深级别深海采矿试验系统和成套技术装备的研制[1]。国内外专家学者提出了多种采矿系统类型，总体来说，管道水力提升式采矿系统更适用于现代化的商业开采[2]。图1是中国1 000 m级深海采矿系统的示意图，包括采矿船、提升泵、输流硬管、输流软管、中间仓和集矿车等装置[3-4]。在深海采矿扬矿子系统中，输流软管是一个很重要的组成部分，是矿浆从集矿车流向中间仓的通道，同时又是控制电缆和信号电缆等的附着体。输流软管的工作状态不仅受内流速度、密度等因素的影响，同时还受外部工作环境中海流流速等因素的影响。在内部矿浆和外部海流的共同作用下，可能使输流软管的应力、应变、构型等发生较大的变化，从而影响输流软管的正常工作，导致整个深海采矿系统不能正常运转。因此，考虑多因素耦合影响下，深海采矿输流软管的力学特性是非常有必要的。

Oh等[5]研究了外流作用下输流软管与中间仓连接处的应力大小，分析了不同联接方式对输流软管最大主应力的影响。Wang Zhi等[6]运用Marc三维有限元软件研究了柔性管内部矿浆浓度、内流提升速度和柔性管弹性模量等因素变化对流体阻力损失变化的影响。……