机械工程学报

作者：刘鹏, 金永平, 刘德顺, 万步炎

单位：湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室 湘潭 411201

关键词：海底钻机,硬着底,动力学,海底底质；

基金：国家重点研发计划(2022YFC2805904)、国家自然科学基金(52275106)和湖南创新型省份建设专项经费(2020GK1021)资助项目。

以三支腿深海海底钻机为研究对象，为实现其水下布放时安全着底，针对钻机硬着底进行动力学建模与分析。首先，构建考虑钻机机体平面运动、脚板空间运动的7自由度钻机着底动力学模型；然后，通过法向考虑重复动加载问题、切向引入修正摩擦系数建立脚板-底质接触力模型，采用等效弹簧-阻尼法建立支腿轴向力模型，并同时考虑钻机与海水间的摩擦阻力及水动力等因素；最后，以我国“海牛Ⅱ号”深海海底钻机为例，对“海牛Ⅱ号”的着底过程进行数值仿真分析。结果表明：“海牛Ⅱ号”在硬着底过程中，钻机机体最大偏转角未超过1°，支腿脚板最大沉陷深度约为0.19 m，支腿油缸所受最大轴向力为714.9 kN，约为钻机自重下支腿静态轴向负载的12倍，机体质心最大合加速度为53.6 m/s2(约5.5g)，各项响应数值均在设计允许范围内，钻机在设定工况条件下能够实现安全可靠着底。

来源：2023年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

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