基于有限元法的海底电缆拖曳损伤研究

作     者：张涛 张培蕾 范希评 刘哲恒 刘昊 

作者机构：三峡大学电气与新能源学院 三峡大学湖北省输电线路工程技术研究中心 

出 版 物：《武汉大学学报(工学版)》 (Engineering Journal of Wuhan University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主　　题：三芯复合海底电缆 船锚拖曳 有限元 应力应变 海缆监测 

摘      要：船锚拖曳海底电缆易使海缆发生形变甚至断裂，严重威胁电力输送与信息通讯，因此，研究船锚拖曳对海缆造成的损伤情况具有重要意义。基于ABAQUS建立船锚-三芯复合海底电缆-土壤的三维有限元模型模拟海缆受船锚拖曳过程，利用非线性动力学获得海缆受船锚拖曳后各结构层的应力及应变分布情况，探究不同速度载荷下铠装层、铜导体以及光单元应力随时间变化规律，再利用K-means算法得到曲线的聚类中心，从而分析光单元应变与铜导体、铠装层应力的关系。结果表明：海缆受船锚拖曳时，土壤的存在减缓了海缆的局部损伤程度，使海缆呈现出整体变形的趋势；海缆铠装层、铜导体和光单元的应变变化趋势基本一致，即光单元状态可反映海缆的损伤过程，并提出以监测时间节点0.034 s作为判断不同速度载荷下船锚拖曳是否影响海缆正常运行的标准，研究结果可为优化海缆结构以及利用光单元应变监测海缆状态提供理论支持。