海缆敷设过程中拉力对缆体影响的有限元分析

发布时间：2019-08-10 07:17

【摘要】：为获取海缆敷设过程中拉力作用下各层的机械特性,利用有限元方法建立了海缆拉伸模型。合并了机械特性相近的绝缘内外层屏蔽和阻水带,忽略了厚度和强度小的外被层,得到单芯光纤复合海底电缆的几何模型;利用等结构钢体保证了拉伸时海缆层间的位移同步;模拟实际敷设工程,对海缆施加分段力载荷;最后求解得到了海缆各层的应力、应变和塑性应变等力学数据。结果表明,海缆敷设过程中各层结构的应力和应变值随受力的增加而增大,铜导体先达到屈服状态;求解数据为海缆敷设工作提供了参考。
【图文】：

伸过程中各结构接触的方向难以准确判定，所以使用了自动接触。２有限元仿真结果与分析２．１仿真结果评价求解海缆有限元模型，得到拉力载荷作用下各节点Ｚ方向的位移图，如图３所示。由图可见，海缆右端位移为０，左端位移随时间增加而增大，符合本文施加力载荷后的变化趋势。图３海缆拉伸位移图另外，沙漏能是衡量仿真正确性的重要指标，准确的仿真应保证沙漏能不超过内能的１０％［７］。本文中的沙漏能控制在内能４％以内，保证了实验的准确性。内能－沙漏能时间曲线如图４所示。能量/J0123051015内能沙漏能时间/s×104图４内能－沙漏能时间曲线图２．２仿真数据分析有限元模型的求解结果中包含了海缆各层结构的应力、应变、塑性应变和位移等力学数据，本文以铜导体为例，沿海缆轴向方向等间隔提取节点的应力、应变和塑性应变数据，并绘制三维曲线图，如图５所示。由图可知，去除海缆左右两端的端部效应应力/MPa440330220110015.07.500100200时间/s位置/cm(a)应力分布15500100200时间/s位置/cm100.60.50.40.30.20.10应变(%)(b)应变分布15.07.500100200时间/s位置/cm塑性应变(%)0.360.240.120(c)塑性应变分布图５铜导体的有限元求解数据３１胡玉娇等：海缆敷设过程中拉力对缆体影响的有限元分析

变和位移等力学数据，本文以铜导体为例，沿海缆轴向方向等间隔提取节点的应力、应变和塑性应变数据，并绘制三维曲线图，如图５所示。由图可知，去除海缆左右两端的端部效应应力/MPa440330220110015.07.500100200时间/s位置/cm(a)应力分布15500100200时间/s位置/cm100.60.50.40.30.20.10应变(%)(b)应变分布15.07.500100200时间/s位置/cm塑性应变(%)0.360.240.120(c)塑性应变分布图５铜导体的有限元求解数据３１胡玉娇等：海缆敷设过程中拉力对缆体影响的有限元分析
【作者单位】： 华北电力大学电子与通信工程系;
【基金】：河北省自然科学基金资助项目(E2015502053) 国家自然科学基金资助项目(51407074) 中央高校基本科研业务费专项基金资助项目(2015ZD21)
【分类号】：P756.1

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本文编号：2525060