2025年大學《海洋技術》專業(yè)題庫——深海工程技術與裝備應用研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋1.深海：請解釋深海的定義及其主要環(huán)境參數(shù)特征。2.深?？臻g站：簡述深?？臻g站的概念及其在深海探測與作業(yè)中的作用。3.AUV（自主水下航行器）：請說明AUV的基本組成和工作原理。4.海底沉降式平臺：定義海底沉降式平臺，并列舉其至少兩種主要類型。5.深海耐壓殼體：解釋深海耐壓殼體的概念，并說明其在深海裝備中的重要性。二、簡答題1.簡述深海高壓環(huán)境對結構材料的主要影響。2.深海電纜鋪設過程中面臨的主要技術挑戰(zhàn)有哪些？3.請列舉三種深海常用的高強度材料，并簡述其優(yōu)勢。4.簡述ROV（遙控水下航行器）與AUV的主要區(qū)別。5.深海工程中進行風險評估的主要內(nèi)容和步驟是什么？三、論述題1.論述深海資源勘探開發(fā)對深海工程技術與裝備提出的新挑戰(zhàn)，并舉例說明相關技術的應用。2.結合實例，論述深海結構物（如平臺、管纜）防腐技術的必要性和主要方法。3.探討人工智能（AI）技術在深海裝備設計、智能化運維及深海環(huán)境監(jiān)測中的應用前景。四、計算題某深海管道鋪設工程，管道外徑為0.6m，壁厚為0.02m，計劃部署在深度為4000米的海底。請計算該管道承受的軸向應力（假設管道材質的屈服強度為400MPa，忽略彎曲應力和其他外部載荷，僅考慮靜水壓力）。請列出計算公式并給出計算結果。五、案例分析題某公司計劃在南海某區(qū)域建造一座水深2000米的海底油氣生產(chǎn)平臺。該區(qū)域海水流速較大，且有潛在的地質災害風險。請分析在平臺設計、建造、安裝及運營維護過程中，需要重點考慮哪些深海工程技術與裝備問題？并提出相應的解決方案或應對策略。試卷答案一、名詞解釋1.深海：指水深超過2000米的海洋區(qū)域。其主要環(huán)境參數(shù)特征包括：極高的靜水壓力（隨深度呈線性增加）、極低的水溫（通常接近0℃）、高鹽度、黑暗環(huán)境以及可能存在的強剪切流和地質活動等。2.深?？臻g站：指部署在深海中的、具備長期居住和工作能力的大型水下結構物或平臺，可容納人員或作為遠程操作和資源勘探開發(fā)的基地。3.AUV（自主水下航行器）：是一種無需纜繩連接、依靠自身搭載的導航、控制、能源和任務系統(tǒng)，能夠自主完成預設航線和任務的水下無人航行器。4.海底沉降式平臺：指通過重力或局部浮力設計，使其能夠穩(wěn)定沉沒并固定在海底的海洋工程結構物，主要用于海底資源開發(fā)、環(huán)境監(jiān)測等。5.深海耐壓殼體：指為承受深海巨大靜水壓力而設計的、具有足夠強度和剛度的密閉容器結構，是深海潛水器、水下儲罐等關鍵裝備的核心部件。二、簡答題1.深海高壓環(huán)境對結構材料的主要影響：高壓會顯著提高材料屈服強度和極限強度的要求，可能導致材料脆性增加、延展性下降（脆化現(xiàn)象），影響材料的疲勞壽命，并可能誘發(fā)材料內(nèi)部的相變或損傷。2.深海電纜鋪設過程中面臨的主要技術挑戰(zhàn)：包括巨大的海水靜水壓力對電纜的壓縮和損傷、復雜的海底地形地貌帶來的磨損和地質災害風險、高壓環(huán)境對電纜絕緣和護套材料性能的要求、長距離傳輸中的信號衰減和噪聲干擾、以及與現(xiàn)有海底設施（如管道、電纜）的避讓和互聯(lián)問題。3.深海常用的高強度材料及其優(yōu)勢：(1)高強度鋼：優(yōu)勢是強度高、韌性好、成本相對較低。(2)鈦合金：優(yōu)勢是強度高、耐壓性好、耐腐蝕性強。(3)復合材料（如碳纖維增強塑料）：優(yōu)勢是密度低、比強度高、耐腐蝕性好。(4)（可選）鎳基合金：優(yōu)勢是耐高溫高壓和強腐蝕。4.ROV與AUV的主要區(qū)別：(1)控制方式：ROV通過臍帶纜實時傳輸控制指令和電力，并由水面母船或岸基控制中心遠程操控；AUV依靠自身存儲的能量和自主導航系統(tǒng)按預設程序完成任務，基本實現(xiàn)全自主。(2)能力范圍：ROV作業(yè)能力相對較強，可以承受更大的外部壓力，并可進行較長時間的連續(xù)作業(yè)；AUV通常體積較小，耐壓能力有限，作業(yè)時間受限于能源供應，但具有更高的靈活性和部署便捷性。(3)成本：ROV系統(tǒng)通常比AUV更昂貴，操作和維護也更復雜。5.深海工程風險評估的主要內(nèi)容和步驟：主要內(nèi)容：識別深海工程活動中可能存在的各種風險因素（如設備故障、操作失誤、環(huán)境突變、地質災害、腐蝕疲勞等），分析這些因素導致事故的可能性及其后果的嚴重性。主要步驟：風險識別、風險分析（定性或定量）、風險評估（確定風險等級）、風險控制（制定并實施預防和緩解措施）、風險監(jiān)控與更新。三、論述題1.論述深海資源勘探開發(fā)對深海工程技術與裝備提出的新挑戰(zhàn)及技術應用：深海資源（如油氣、礦產(chǎn)、生物資源）的開發(fā)位于極端高壓、低溫、黑暗、腐蝕性強的環(huán)境中，對工程技術與裝備提出了嚴峻挑戰(zhàn)。主要挑戰(zhàn)包括：開發(fā)平臺和設備的深潛、耐壓、抗腐蝕設計；高壓、長距離、高可靠性的水下管纜鋪設與維護技術；復雜海底地形條件下的資源鉆探、開采、采集裝備；深海環(huán)境下的高精度導航、定位與作業(yè)控制技術；深海環(huán)境監(jiān)測與安全保障技術。相關技術應用舉例：采用鈦合金、鎳基合金等特種耐壓材料建造水下生產(chǎn)系統(tǒng)；研發(fā)高強度、耐腐蝕的柔性管纜和光電纜；應用水下機器人（ROV/AUV）進行資源勘探、鉆探、開采和鋪設作業(yè)；發(fā)展基于聲學、電磁學原理的深海探測技術；研究深海高溫高壓流體處理和資源綜合利用技術。2.論述深海結構物防腐技術的必要性和主要方法：深海環(huán)境（高鹽霧、海水浸泡、微生物附著、潛在氫脆等）對金屬結構物具有極強的腐蝕性，會導致結構強度下降、完整性破壞，甚至引發(fā)災難性事故。因此，深海結構物防腐至關重要，是確保工程安全、延長使用壽命、降低維護成本的關鍵。主要方法包括：(1)選擇耐腐蝕材料：如鈦合金、鎳基合金、高合金不銹鋼等。(2)金屬保護層：如犧牲陽極陰極保護法、外加電流陰極保護法。(3)非金屬涂層：如環(huán)氧富鋅底漆、聚氨酯面漆、氟碳涂層等。(4)復合防護技術：如玻璃鋼護層、鋁鋅合金復合板等。(5)陰極保護技術：在高壓環(huán)境下尤為重要。(6)結構設計優(yōu)化：減少應力集中，提高耐腐蝕裕度。(7)定期檢測與維護：利用ROV等工具進行涂層檢查、缺陷修復等。3.探討人工智能（AI）技術在深海裝備設計、智能化運維及深海環(huán)境監(jiān)測中的應用前景：AI技術在深海領域具有廣闊的應用前景。(1)設計優(yōu)化：利用AI算法進行深海裝備（如潛水器、結構物）的智能優(yōu)化設計，以提高耐壓性、抗腐蝕性、效率和安全性。(2)智能化運維：通過機器學習分析裝備運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)故障預測與健康管理（PHM），優(yōu)化維護計劃，降低運維成本，提高裝備可靠性。(3)深海環(huán)境監(jiān)測：應用AI算法處理和分析來自傳感器（如聲學、光學、化學傳感器）的海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對深海環(huán)境參數(shù)（如溫度、鹽度、流速、聲學背景、生物活動）的智能識別、預測和異常檢測。(4)無人化作業(yè)：AI賦予ROV/AUV更強的自主感知、決策和操作能力，使其能夠在復雜、危險或人難以到達的深海環(huán)境中執(zhí)行任務，如資源勘探、海底取樣、設備安裝與維修等。四、計算題計算公式：軸向應力(σ)=靜水壓力(P)=ρ*g*h其中：ρ=海水密度(約1025kg/m3)g=重力加速度(約9.81m/s2)h=水深(4000m)P=ρ*g*h=1025kg/m3*9.81m/s2*4000m計算過程：σ=1025*9.81*4000σ=40,089,000Pascals(Pa)σ=40.089Megapascals(MPa)計算結果：該管道承受的軸向應力約為40.089MPa。解析思路：1.審題：明確題目要求計算的是深海管道在靜水壓力作用下承受的軸向應力。已知條件包括管道尺寸（外徑D=0.6m,壁厚t=0.02m）、水深h=4000m，以及管道材料的屈服強度（在本題計算應力值時未直接使用，但用于說明材料要求）。假設條件是忽略彎曲應力和其他載荷，僅考慮靜水壓力引起的軸向壓縮應力。2.確定計算原理：深海環(huán)境的主要載荷是靜水壓力，該壓力垂直作用于物體表面。對于沿軸向承受壓力的管道，其內(nèi)部產(chǎn)生的軸向應力理論上等于作用在管道單位橫截面積上的靜水壓力。3.公式選擇：靜水壓力計算公式P=ρ*g*h適用于計算均勻分布在某深度上的液體產(chǎn)生的壓力。這里ρ是液體密度，g是重力加速度，h是該深度。計算得到的壓力P即為作用在管道外表面的壓強，在假設下，也等于管道內(nèi)部產(chǎn)生的軸向應力σ。4.參數(shù)確認與代入：確認海水密度ρ≈1025kg/m3，重力加速度g≈9.81m/s2，水深h=4000m。將這些數(shù)值代入公式。5.計算：執(zhí)行乘法運算得到應力值。