针对小型ROV在近海平台等浅水环境顶流作业能力差和运动控制难的问题,研制开发了基于Arduino的小型浅水作业ROV精灵号,提出以Arduino mega 2560作为核心控制器的控制系统架构,同时采用小体积大推力推进器,提高ROV本体顶流作业能力。以Arduino为核心,进行上层指令系统和底层运动系统的搭建并通过串口通信方式建立上下系统通信。设计了浅水作业ROV的机械结构,建立了精灵号ROV的动力学模型,采用PID进行艏向运动控制,并进行了系统仿真。系统联调和水池试验结果表明了以Arduino为核心的精灵号浅水ROV控制系统设计的可行性,同时验证了推力矢量合成的实际效果。该ROV的研制对于其他微小便携式机器人,尤其是小型ROV的开发具有参考意义。
粒子浆液射流破岩过程涉及大变形、高应变及强载荷,表现为钢粒-浆液-岩石之间非线性动态耦合问题。针对岩石损伤瞬时多变性及观测困难等问题,开展了粒子与浆液射流冲击下岩石的动态损伤机理及破坏效应研究。首先,基于光滑粒子动力学-有限元模拟(smoothed particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM)耦合算法描述了粒子-浆液冲击破岩的建模方法;然后,结合JH-Ⅱ(Johnson-Holmquist-Ⅱ)模型与Rankine拉伸断裂软化模型建立了岩石损伤本构模型,对粒子浆液射流冲击破岩过程及损伤机理进行了动态模拟。研究结果表明:岩石的损伤破坏主要以纵向扩展为主,具有瞬时性与阶跃性特征,呈现出“从累积损伤到不断破坏”的循环过程;岩石破坏机理以剪切破碎和拉伸裂纹为主。同时,通过试验和数值模拟对比验证了破岩样本的形态,并分析了冲击速度、角度与粒子尺寸对破岩效应的影响规律。研究结果对于粒子浆液冲击钻井破岩理论的发展具有重要意义。
