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《华北电力大学》 2017年
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基于光纤应变的海底电缆弯曲特性研究

鞠森  
【摘要】:随着我国海洋开发活动日益频繁,具有通信、输电双重功能的单芯光纤复合海底电缆被广泛应用在众多岛屿以及海上作业平台上,海底电缆研究的重要性日益突出。目前海底电缆的研究主要局限于电气特性,很少涉及到海底电缆机械特性,海底电缆的弯曲是引起机械故障的主要原因之一,并且多数电气故障均由机械故障引起。因此,研究海底电缆的弯曲特性具有重要意义。本课题以有限元法为主要理论依据,利用有限元软件ANSYS对海底电缆的机械弯曲特性进行了研究,通过模拟海底电缆在不同影响因素下的机械弯曲,获取各结构的应力数据以及光单元的应变数据,为海底电缆机械故障的研究提供了理论依据。导致海底电缆弯曲的原因主要有两类:一类由卷绕及敷设引起;另一类由船锚钩挂引起。第一类中,根据海底电缆的材料参数、施工标准以及CIGRE会议文件对海底电缆中的结构进行了适当的简化,选取了合适的材料和单元类型,建立了海底电缆的有限元模型;使用单面自动接触算法确定了各结构的接触情况,并根据各结构的特点分别进行了网格划分,设置了模型的边界条件;对弯曲环境进行了抽象,施加了不同弯曲速度、不同弯曲半径的载荷,模拟了海底电缆在卷绕及敷设过程中的弯曲。第二类中,根据接触类型简化了海底电缆模型,并在保证不影响与船锚接触面积的前提下对船锚进行了简化;抽象了船锚钩挂海底电缆的过程,对海底电缆的端面进行了限制,将速度载荷施加到了船锚上,模拟了船锚钩挂海底电缆的过程。通过以上模拟仿真,本文获取了海底电缆在不同弯曲因素下各结构的应力、应变数据,对数据进行处理后绘制出了各结构随时间变化的时间-应力曲线、时间-应变曲线、应力-应变曲线以及光单元应变-其他结构应力曲线等,研究了各结构在弯曲过程中与时间和光单元应变的关系;最终建立了以光单元应变为自变量,各结构应力为因变量的关系函数。本文深入讨论了在弯曲过程中,海底电缆各结构的应力、应变的变化情况,为今后研究海底电缆的弯曲性能、判断海底电缆工作状态提供了参考。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P756.1

【参考文献】
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