基于有限元仿真的三芯光纤复合海缆扭转研究

摘要

为探究三芯光纤复合海底电缆扭转过程中主要结构的力学特性,以220 kV三芯光纤复合海底电缆为研究对象,基于有限元软件ABAQUS,建立了海缆局部段的精细数值分析模型。在保证力学结构真实性的前提下对海缆计算模型进行简化,并在结构接触部位设置面-面接触控制,模拟海缆最外层结构受外力驱动发生扭转时各层接触部位发生的相对运动。通过开展相关数值仿真实验,重点研究海缆扭转过程中各材料发生屈服的先后顺序以及扭转角度对海缆铠装钢丝层、铜导体、光单元的受力影响。结果表明,在海缆扭转过程中,应力的轴向扩散导致同一断面处铠装钢丝层、铜导体、光单元的应力呈现出先增大后减小的趋势;相对材料自身屈服强度而言,轴向上两端部应力较低,远离固定端约0.2~0.5倍约束距离处应力较大;沿轴向方向各结构扭转角度具有较好的同步性,并呈现出线性变化趋势;随着扭转角度的增大,铠装钢丝层和光单元在靠近端部约0.1倍约束距离处出现应力集中,铜导体应力沿轴向方向保持较高的水平;扭转过程中,在同一断面位置的铜导体、铠装钢丝层、光单元先后发生屈服,结构安全度表现出典型的非同步性特征。