海底光電復合纜受墜物撞擊損傷分析

李 英， 王 坤

(天津大學 建筑工程學院 水利工程仿真與安全國家重點實驗室， 天津 300350)

0 引 言

隨著風電逐漸向遠海發展，海底電纜在海上風力發電及輸電上的應用將擁有廣闊的市場前景。海底電纜發生故障會影響當地正常的生產和生活，且其維修費用昂貴，因此海底電纜的安全應引起足夠的重視。影響海底電纜安全的其中一個關鍵問題是墜物撞擊海底電纜，因此開展墜物撞擊海底電纜的研究對保障海底電纜安全穩定運行具有十分重要的意義。目前，國內外對墜物撞擊管道研究較多，海底電纜受墜物撞擊的文獻相對較少，可參考管道受墜物撞擊影響的文獻研究海底電纜受墜物撞擊的影響[1-5]。光電復合纜受墜物撞擊損傷的分析方法主要為數值模擬法和試驗研究法[6-9]。為深入理解墜物撞擊對海底光電復合纜造成的損傷，并進一步為海底光電復合纜的防護措施設計提供依據，本文基于耦合歐拉-拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian，CEL) 方法對墜物撞擊海底光電復合纜進行數值模擬，對剛性底質和非剛性底質兩種工況進行損傷對比分析，并研究墜物大小、最終撞擊速度、墜物質量和撞擊角度對海底光電復合纜損傷的影響。

1 墜物撞擊海底光電復合纜有限元模型

1.1 模型簡化

所研究的電纜是型號為AXBTV 170 kV的單層鎧裝光復合型電纜，其橫截面如圖1所示。由于主要研究內容是海底電纜受墜物撞擊后的力學性能,因此建模時結構強度低、厚度小的墊層、絕緣層和阻水層等可以作簡化處理，簡化后的橫截面如圖2所示。……