海缆抗拉铠装层加工力学分析及铠装机张力控制系统设计

发布时间：2021-02-21 07:43

　　海缆如钢管脐带缆、动态海缆、重装拖曳缆等是海洋资源开发的重要装备,在海洋资源开采、水下机器人作业、海洋探测等领域十分重要。随着海洋资源开发面向深水,对海缆抗拉伸性能提出更高要求,其中螺旋缠绕的抗拉铠装钢丝层起到抵抗轴向拉伸荷载的作用。目前,我国海缆主要面临拉断力设计过于简单、铠装层加工工艺缺乏理论指导、铠装机张力控制精度差这三个问题,导致设计制造出来的海缆抗拉性能低,。故本文分别从这三个方面进行研究为高抗拉性能海缆的国产化提供参考。首先,海缆抗拉铠装层拉断力设计方面,由于材料非线性及内核径向收缩引起的几何非线性会极大地会影响海缆极限拉断力的理论预测,故文中首先基于ABAQUS软件建立了海缆弹塑性数值模型,并考虑内核径向收缩、层间接触等得到了海缆的拉断力。同时设计了相关拖曳缆拉断试验,对比研究表明,两者拉断力误差在10%之内,从而验证了数值模型的正确性。其次,海缆抗拉铠装层缠绕成型方面,本文基于弹性假设并忽略设备间摩擦等因素,建立了抗拉铠装钢丝缠绕成型过程的理论力学模型,量化了关键参数如缠绕张力、角度及半径等与钢丝截面内力的关系,基于此模型提出加工后钢丝截面残余应力的预测方法。同时通过A... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 海缆介绍
        1.2.1 海缆的截面形式
        1.2.2 海缆的的应用现状
    1.3 海缆拉断力设计研究综述
    1.4 海缆加工工艺研究综述
        1.4.1 海缆的制造流程
        1.4.2 海缆加工力学研究概述
    1.5 铠装机控制系统研究综述
        1.5.1 张力控制器的研究现状
        1.5.2 张力控制策略研究现状
        1.5.3 内模控制算法的发展
        1.5.4 海缆铠装机张力控制的特点
    1.6 本文主要研究内容
2 海缆拉断力设计研究
    2.1 拖曳缆拉伸刚度理论分析
    2.2 拖曳缆拉伸刚度数值模拟
        2.2.1 拖曳缆结构特点和几何参数
        2.2.2 拖曳缆拉伸刚度有限元模型
        2.2.3 拉伸刚度数值模拟结果分析
    2.3 拖曳缆拉断力模拟
        2.3.1 钢丝材料本构关系
        2.3.2 拖曳缆拉断力数值模拟结果
        2.3.3 数值模拟误差分析
    2.4 拉断力试验验证
    2.5 本章小结
3 海缆抗拉铠装层缠绕成型加工力学研究
    3.1 缠绕成型评价标准
        3.1.1 残余加工应力小
        3.1.2 缠绕紧密
    3.2 缠绕成型理论力学模型
        3.2.1 缠绕张力对海缆残余应力的影响
        3.2.2 缠绕半径、角度对残余应力等的影响
    3.3 缠绕成型数值模拟
        3.3.1 缠绕成型有限元模型
        3.3.2 数值模拟结果分析
    3.4 最优张力选取
    3.5 本章小结
4 铠装机张力控制系统研究
    4.1 张力控制系统组成
        4.1.1 张力监测装置
        4.1.2 张力执行器
    4.2 张力控制系统建模
        4.2.1 张力的产生
        4.2.2 缠绕张力的力学模型
    4.3 铠装机收线张力内模控制器设计
        4.3.1 滤波器的设计
        4.3.2 内模控制器的设计
    4.4 本章小结
5 结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈钢带铠装和钢丝铠装电缆的计算[J]. 李学虎.  电线电缆. 2019(02)
[2]全球海洋油气勘探开发特征及趋势分析[J]. 吴林强,张涛,徐晶晶,郭旺,黄林.  国际石油经济. 2019(03)
[3]考虑摩擦非线性应力的脐带缆疲劳寿命精确分析研究[J]. 卢青针,杨志勋,陈金龙,熊飞宇,阎军,岳前进.  振动与冲击. 2018(24)
[4]脐带缆螺旋滑移分析及力学性能研究[J]. 李英,吴潘,冯雅萍,曹静萱.  海洋工程. 2018(06)
[5]探讨海洋石油勘探开发与环境保护[J]. 韩志强,范松.  石化技术. 2018(11)
[6]海洋油气田脐带缆钢管单元设计[J]. 李博,屈衍,郭宏,郭江艳.  石油机械. 2018(10)
[7]考虑填充钢管脐带缆拉伸行为的有限元分析[J]. 李晓月,郭海燕,朱洋洋,张涛.  中国海洋大学学报(自然科学版). 2018(S1)
[8]基于半数值方法的脐带缆拉弯能力曲线分析研究[J]. 杨志勋,马国君,阎军,卢青针,岳前进.  船舶力学. 2018(02)
[9]基于PID控制的可吸收缝合线张力控制系统[J]. 张家奇,隋修武,丁莉萍,汤镟蓉.  山东纺织科技. 2017(03)
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博士论文
[1]深水柔性立管及附件设计的关键力学问题研究[D]. 汤明刚.大连理工大学 2015
[2]水下生产系统脐带缆的结构设计与验证[D]. 卢青针.大连理工大学 2013
[3]高精度卷绕真空镀膜设备张力控制技术研究[D]. 宋晓峰.上海大学 2007

硕士论文
[1]海洋柔性管道抗拉铠装钢丝加工力学行为分析[D]. 代超.大连理工大学 2015
[2]JT200型卷纸筒机恒张力控制系统的研究[D]. 廖志远.湖南大学 2010
[3]基于交流电机调速的恒张力控制系统的研究[D]. 武学艺.武汉理工大学 2010
[4]基于H∞鲁棒控制的凹印机张力控制系统研究[D]. 史廷永.中南大学 2009
[5]生箔机控制系统的设计与研究[D]. 衣磊.武汉理工大学 2009
[6]复合机张力系统建模及控制策略的研究[D]. 禹恒洲.中南大学 2007
[7]基于BP网络的布带缠绕机参数PID控制系统研究[D]. 涂华军.西北工业大学 2005
[8]凹印机放卷系统恒张力控制策略的研究[D]. 陈朝晖.华中科技大学 2005



本文编号：3044056