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深海采礦立管力學(xué)仿真研究采購(gòu)需求文件中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇八研究所2025年2月2目錄一、服務(wù)范圍31服務(wù)背景及必要性32采購(gòu)目的33采購(gòu)范圍44技術(shù)指標(biāo)4二、技術(shù)要求41一般要求42具體要求43關(guān)鍵要素5三、交付成果51實(shí)物成果52技術(shù)報(bào)告63交付地點(diǎn)6四、進(jìn)度要求6五、質(zhì)量要求7六、科技成果及其知識(shí)產(chǎn)權(quán)的歸屬和管理7七、科技保密要求7八、其他說(shuō)明事項(xiàng)73一、服務(wù)范圍1服務(wù)背景及必要性采礦立管作為深海采礦作業(yè)系統(tǒng)的重要組成部分，是連接頂部采礦船、底部中繼站以及海底采礦車的唯一通道。保障立管結(jié)構(gòu)的安全性是采礦系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制重要的約束之一。研究立管的力學(xué)特性，構(gòu)建力學(xué)仿真模型可以幫助掌握采礦系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的立管結(jié)構(gòu)響應(yīng)水平，同時(shí)也可為采礦船中繼站的運(yùn)動(dòng)控制提供載荷輸入。目前海洋立管結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真的理論、方法、假設(shè)及考慮因素，均是針對(duì)3000米級(jí)以內(nèi)水深油氣開采立管的，不再適用于作業(yè)環(huán)境處于6000米級(jí)水深的采礦立管。從結(jié)構(gòu)力學(xué)角度而言，區(qū)別于頂端連接浮體，底端固定于海床的油氣開采立管，深海采礦立管屬于兩端控制移動(dòng)邊界的超長(zhǎng)跨度柔性結(jié)構(gòu)物；從海洋環(huán)境角度而言，對(duì)于3000米級(jí)以內(nèi)水深的油氣開采立管，其不同管體位置所處的海洋環(huán)境，除海水水質(zhì)點(diǎn)的流速不同外，其余海水參數(shù)，如溫度、鹽度、密度及流向等可認(rèn)為是均勻一致的，但對(duì)于作業(yè)環(huán)境處于6000米級(jí)水深的采礦立管，水深變化將導(dǎo)致管體不同位置處的環(huán)境參數(shù)發(fā)生巨大變化，這種不均勻的海洋環(huán)境在設(shè)計(jì)中不可忽略；從功能要求而言，深海采礦立管除與油氣開采立管類似，在保證自身結(jié)構(gòu)安全的前提下順利傳輸內(nèi)部礦物介質(zhì)外，還需配合浮體、揚(yáng)礦泵、中繼站及采礦車的作業(yè)要求。為保障深海采礦立管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)安全與作業(yè)功能，亟需開展適用于深海采礦立管系統(tǒng)的力學(xué)仿真方法研究。2采購(gòu)目的通過(guò)對(duì)采礦立管系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)仿真研究，獲得適用于6000米級(jí)水深采礦立管系統(tǒng)水動(dòng)力響應(yīng)分析的數(shù)值仿真方法，建立可描述各設(shè)備耦合影響、海洋環(huán)境參數(shù)變化、管內(nèi)礦物介質(zhì)傳輸、結(jié)構(gòu)非線性大變形、兩端控制移動(dòng)邊界等因素的采礦立管系統(tǒng)數(shù)值仿真模型。43采購(gòu)范圍深海采礦立管力學(xué)仿真方法研究、深海采礦立管方案分析評(píng)估研究、深海采礦立管系統(tǒng)力學(xué)性能模型構(gòu)建研究。4技術(shù)指標(biāo)海采礦立管系統(tǒng)力學(xué)性能模型：1)性能模型精度與模型試驗(yàn)或三維數(shù)值仿真模擬結(jié)果相比精度不低于90%；2)模型計(jì)算反饋實(shí)時(shí)性不長(zhǎng)于100ms（工作站參考配置：CPU24GHz，4核，內(nèi)存16GB，顯卡RTX3080Ti）。二、技術(shù)要求1一般要求熟悉深海采礦領(lǐng)域技術(shù)裝備，掌握深海立管設(shè)計(jì)與分析方法，有豐富的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。2具體要求（1）深海采礦立管力學(xué)仿真方法研究調(diào)研深海立管系統(tǒng)典型方案，分析頂部浮體（含DP功能）、揚(yáng)礦機(jī)、中繼站及采礦車（含控制系統(tǒng)）與采礦立管之間的影響關(guān)系，考慮環(huán)境載荷與立管內(nèi)流場(chǎng)作用，設(shè)計(jì)合適的邊界條件，創(chuàng)建相應(yīng)的力學(xué)仿真方法。（2）深海采礦立管方案分析評(píng)估研究根據(jù)甲方提供的立管方案、作業(yè)環(huán)境、采礦船參數(shù)等評(píng)估條件，應(yīng)用以上力學(xué)仿真方法進(jìn)行分析評(píng)估：1)識(shí)別目標(biāo)方案的薄弱環(huán)節(jié)并梳理作業(yè)限制條件，包括采礦船與立管上端部升沉運(yùn)動(dòng)限制、采礦船與中繼站水平偏移范圍限制等；2)考慮相對(duì)采礦船行進(jìn)方向不同流向工況下，梳理面向立管安全的采礦