基于数值模拟的脐带缆布局设计

摘要

水下生产钢管脐带缆主要由钢管、电缆、光纤和填充等构件组成,连接水上浮体与水下生产设施,提供液压和化学药剂注入,电力控制和信号传输等。在敷设安装和在位工作过程中,脐带缆受到拉伸,挤压和弯曲荷载的作用,不同形式的截面布局设计将对脐带缆截面整体变形及各功能结构单元的受力情况产生显著影响。本文对包含6个钢管,3个电单元和1个光纤的脐带缆不同布局形式进行了参数化有限元建模,考虑单元间的挤压接触和摩擦等非线性因素,给出了脐带缆截面结构的数值模拟分析结果,通过对各单元应力,单元间挤压力以及截面整体变形的分析比较,从结构最大应力、接触压力、截面刚度等角度提出了脐带缆布局设计准则的量化指标,并提出了设计用的太阳花刚度模型用以指导脐带缆截面的布局设计。