全海深ROV非金属铠装脐带缆动力学性能研究

为了全面评估全海深无人遥控潜水器(ROV)在不同模式配置、不同作业深度及工况下的脐带缆受力状态,提高脐带缆在全海深ROV系统应用的安全性和可靠性,开展了全海深ROV非金属铠装脐带缆动态力学理论分析与研究。针对铠缆系统水下运动具有小应变和大位移的几何特点,基于几何精确梁理论和虚功原理建立全海深非金属铠装脐带缆三维非线性有限元模型,基于所建立的动力学模型并结合工作母船升沉与海流联合激励,对脐带缆在全海深应用环境下扭转特性、在位运行等动态力学特性进行分析和研究。实验结果得出5000 m左右潜深为该全海深脐带缆系统的共振区域。研究结果可为全海深ROV非金属铠装脐带缆的安全应用及配套绞车优化设计提供理论依据。

脐带缆铠装层参数对拉伸行为的影响分析

脐带缆用于连接水上浮体和水下生产系统,缆芯由钢管单元、光纤单元和电缆单元等组装而成,缆体外层是由铠装钢丝层螺旋缠绕以及聚合物外护套组装而成,截面结构复杂。利用ANSYS有限元通用软件建立双层铠装脐带缆的三维多层接触摩擦有限元模型,计算其截面拉伸刚度,将拉伸刚度数值模拟值与理论结果进行对比,验证有限元模型的正确性;分析比较铠装层不同缠绕角度、缠绕方式和钢丝直径下脐带缆模型的拉伸刚度。结果表明:铠装钢丝层缠绕方式、缠绕角度、铠装钢丝直径对双层铠装脐带缆模型的拉伸刚度、最大等效应力模拟结果均有影响。

悬链线型海洋脐带缆涡激振动响应分析

海洋脐带缆在位工作时经常会受到涡激振动(vortex-induced vibration,VIV)的影响,其影响程度与众多因素有关,如外界影响因素波浪和自身影响因素脐带缆铠装层数等。本文针对某悬链线型海洋脐带缆的涡激振动现象,基于尾流振子模型对脐带缆进行分析,借助OrcaFlex软件,研究了脐带缆在水深1 000 m的情况下不同海流流速和不同铠装层数对涡激振动的影响。分析结果表明,脐带缆在靠近海面和海底处所受到的海流VIV的影响较大,且随着重现期的增大而影响愈加明显。根据上述结论,可以对脐带缆涡激振动影响最为明显的部位进行改进,从而提高脐带缆的抗涡激振动性能。

深海海底钻机用铠装脐带缆有限元分析

深海海底钻机用铠装脐带缆是连接深海海底钻机与母船之间的纽带,它不仅可以用来下放和回收深海海底钻机,还可以为深海海底钻机提供电力与信息传输.本文以深海海底钻机用铠装脐带缆为研究对象,首先运用三维软件Solidworks构建铠装脐带缆三维几何模型,之后进行铠装脐带缆三维网格模型以及有限元分析模型的构建,其中包括设定铠装脐带缆的材料参数和铠装脐带缆各部件的接触类型为Bonded类型,接触行为为Symmetric,最后利用有限元分析软件ANSYS对铠装脐带缆进行有限元仿真分析.结果表明:在10 t载荷作用下,铠装脐带缆主要承载部件为外部的铠装层,最大应力为1.219×10^10Pa,最大应变为0.085 95;外层绝缘层的最大应力为4.8×10^8Pa,最大应变为0.481 79.