随着深海矿产资源的开发与利用,深海采矿输送系统的安全问题得到了广泛的关注,事关深海矿产资源开采工作的进一步发展。深海采矿系统所处的海洋环境复杂,其外部受到波浪、海流和风等荷载的作用,内部受到液态矿浆对管壁的作用,发生持续的非线性流固耦合作用,最终导致输送系统的失效和疲劳破坏。因此,针对深海采矿系统长距离垂直输送管道在工作中的复杂流固耦合动力学特性,重点做了以下工作:(1)建立了连接中间仓的深海输送系统计算模型,基于三维势流理论,采用附加质量法和分离变量法推导出了末端带有集中质量(中间仓)的管道流固耦合振动方程,并通过Matlab软件对方程进行求解,将计算结果与模拟仿真值进行对比验证,分析结果表明:理论计算结果和数值仿真结果基本一致。(2)针对深海采矿系统布放和回收的过程以及不同深度采矿管长发生的变化,重点研究了管道长度对结构振动特性影响,发现输送管道固有频率随着管长增加逐渐降低,降幅明显,振型以弯振为主。(3)针对矿浆输送过程中中间仓由空载状态到满载状态的过程,不同工作环境选用不同大小的中间仓情况,输送管道外壁受到海水侵蚀以及矿浆附着在管道内壁引起的管道壁厚变化等因素,深化了中间仓质量、体积以及管壁厚度对输送管道振动特性影响的认识,得出管道固有频率随着中间仓质量、中间仓体积及管壁厚度的增加而减小的结论。(4)针对输送管道与采矿船的连接方式,比较了不同约束管道固有频率及振型之间的差异,对比三种约束条件模态分析结果,弹性约束管道固有频率最大,振幅最小,且振型最为简单。在各因素中,管长的变化对管道固有频率的影响最大,因此在设计深海采矿输送系统时,可以将管长作为主要流固耦合振动特性分析影响因素考虑。(5)针对深海采矿系统长距离垂直输送管道在受到内外流同时作用时的力学特性,重点研究了外部流体(四、六级海况)和内部矿浆(流速、密度)对输送管道位移及等效应力的影响,发现输送管道最大横向位移和最大等效应力均随着外流、内流流速与内流密度增加而增大。