钢管脐带缆弯曲刚度有限元分析

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1、第20卷第2期计算机辅助工程Vol．20No．22011年6月ComputerAidedEngineeringJun．2011文章编号:1006－0871(2011)02-0016-04钢管脐带缆弯曲刚度有限元分析卢青针，肖能，阎军(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室运载工程与力学学部，辽宁大连116023)摘要:为评价钢管脐带缆的弯曲性能，用ANSYS建立高效的钢管脐带缆三维有限元模型，采用梁单元模拟其中所有构件，在相互接触的构件之间设置线线接触模拟其相互作用，并采用库伦摩擦模拟构件间的摩擦行为．将弯曲刚度的分析结果与经典

2、的理论分析结果进行对比，验证有限元模型的正确性．基于此模型，分析不同螺旋角度以及不同摩擦因数对脐带缆弯曲刚度的影响．分析结果可为钢管脐带缆缆体结构的详细设计和分析提供技术参考．关键词:钢管脐带缆;弯曲刚度;有限元分析;ANSYS中图分类号:TE53;TB115．1文献标志码:AFiniteelementanalysisonbendingstiffnessofsteeltubeumbilicalcableLUQingzhen，XIAONeng，YANJun(FacultyofVehicleEngineeringandMechanics

3、，StateKeyLaboratoryofStructuralAnalysisforIndustrialEquipment，DalianUniversityofTechnology，Dalian116023，Liaoning，China)Abstract:Toevaluatethebendingperformanceofsteeltubeumbilicalcable，anefficient3Dfiniteelementparametrizationmodelisestablishedforsteeltubeumbilicalcabl

4、e，thebeamelementsareusedtosimulateallthecomponents，line－linecontactissetamongthecomponentsincontactwitheachothertosimulatetheinteraction，andCoulombfrictionisusedtosimulatethefrictionbehavioramongthecomponents．Thevalidityofthefiniteelementmodelisverifiedbythecomparisono

5、ftheanalysisresultsofbendingstiffnesswiththeoneofclassicaltheory．Basedonthemodel，theeffectofdifferenthelicalanglesandfrictionfactorsonbendingstiffnessisanalyzed．Theanalysisresultscanprovidetechnicalreferencesforthedetaileddesignandanalysisofthebodystructureofsteeltubeu

6、mbilicalcables．Keywords:steeltubeumbilicalcable;bendingstiffness;finiteelementanalysis;ANSYS体运动及波浪、海流等环境载荷作用下，钢管脐带缆0引言在安装和在位运行过程中会受到拉伸载荷和弯曲载钢管脐带缆是海洋油气开发水下生产系统的重荷的作用，因此钢管脐带缆各单元采用非黏结缠绕要装备之一，是连接水上浮体与水下生产系统以及结构，各构件间可相互滑动，这样可使得钢管脐带缆水下生产系统之间的缆线，用于提供电能、传输信号在获得足够拉伸强度的同时具有良好的弯曲

7、柔性，以及提供油田开发所需的液压和化学药剂等．在浮适合大变形的应用．钢管脐带缆的弯曲刚度是评价收稿日期:2011-01-20修回日期:2011-03-11基金项目:国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)(2009AA09Z301-2)作者简介:卢青针(1983—)，女，河北石家庄人，博士研究生，研究方向为海洋柔性立管和脐带缆的计算分析和实验，(E-mail)luqingzhen83@163．comhttp://www．chinacae．cn第2期卢青针，等:钢管脐带缆弯曲刚度有限元分析17钢管脐带缆弯曲性能的重要库仑摩擦．由于只存

8、在线线接触方式，计算效率得到指标之一．典型钢管脐带缆显著提高，与弯曲刚度理论模型的计算结果进行对由钢管、电单元、光单元以及比，验证此模型的计算精度．基于此模型，分析不同填充和聚合物护套组成，见缠绕角度以及不同摩擦因数对钢管脐带缆弯曲刚