[发明专利]洋流冲刷下光纤复合海底电缆振动特性的分析方法

摘要

洋流冲刷下光纤复合海底电缆振动特性的分析方法,涉及海缆分析方法。海缆一般敷设于海床上或海底淤泥中。受海底复杂地形、洋流和潮汐冲刷等因素影响，易产生机械损伤，且目前缺乏直观有效的方法。本发明包括以下步骤波浪力作用下的海底电缆有限元建模；有限元结果数据提取与分析；海缆振动分析；根据光单元的位移、加速度、频率之间的关系，通过光纤振动监测海缆情况。本技术方案对海缆进行波浪力作用下的动力学有限元分析，了解海缆各层受力情况，可为利用分布式光纤振动传感技术监测海缆工作状态提供理论依据；通过光纤传感技术完成对海缆振动的实时监测，成本低，可进行非现场判断，效率高；对海缆的研究直观有效。

主权项

洋流冲刷下光纤复合海底电缆振动特性的分析方法，其特征在于包括以下步骤：1）波浪力作用下的海底电缆有限元建模；a) 几何模型建立,对海缆进行简化；将导体屏蔽层、XLPE绝缘层和绝缘屏蔽层合并形成绝缘层；忽略处理半导电阻水带和黄铜带；将海底电缆模型简化为8层结构，由内而外依次为铜导体、绝缘层、铅合金护套、HDPE护套、PET、绳被层、铠装钢丝和外被层；并设定裸露海缆长度和直径；b)单元类型的选择；选用SOLID185单元和pipe59单元；SOLID185单元构造海缆内部三维固体结构；pipe59单元用于模拟海缆最外层的外被层结构；c)网格划分采用了映射网格划分、延伸网格划分；对pipe59单元进行网格划分时，周向截面划分为八份；d)设置边界条件及求解条件并进行计算；通过对海缆模型两端位移施加约束来模拟悬跨海缆；设定波浪高度，周期，海流速，水流及波浪作用力方向，并施加重力加速度；设置分析类型为瞬态分析，设定模型计算时间及时间步长，开始仿真计算；2）有限元结果数据提取与分析；a)铜导体数据分析；提取铜导体位移、应力、应变数据，获取铜导体位移云图及位置‑位移曲线、铜导体应力云图及位置‑应力曲线、铜导体应变云图及位置‑应变曲线；b)钢铠数据分析；获取设定时间后的钢铠位移云图及应力云图；比对钢铠应力分布情况与铜导体的应力分布情况；c)光单元数据分析；获取光单元位移及加速度云图，分析光单元的位移云图与加速度云图的关系；判断光单元的位移与加速度之间是否存在正相关，若是，则提取光单元中心节点处x、y、z方向上的加速度数据，得到加速度随时间变化的曲线，对该曲线进行快速傅里叶变换，得到了中心节点的幅频曲线图，获得x、y、z方向上产生最大幅值的频率；3）海缆振动分析；根据光单元的位移、加速度、频率之间的关系，通过光纤振动监测海缆情况。