基于有限元仿真的海缆热效应与截面力学性能研究

TM247; 海缆作为高压电力的传输构件,运行过程中产生的热量会引起结构温度升高及膨胀.受各层约束作用,海缆将产生较大的热应力与变形,进而引起结构损坏.此外,温度升高会导致海缆内部高分子材料弹性模量降低,导致海缆截面力学性能的改变.因此有必要研究海缆运行过程中因热膨胀引起的应力和变形,分析温度对海缆截面力学性能的影响.本文以某海上风电工程为依托,基于有限元软件ABAQUS建立了海缆-土体整体有限元模型,获得了稳态载流量下的温度场分布;基于温度场结果,采用热力耦合方法计算了海缆的热应力和热变形,并分析了温度作用下海缆截面力学性能的改变.结果表明:海缆运行时最高温度出现在铜导体中,外被层温度最低,...

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Published in绝缘材料 Vol. 57; no. 9; pp. 149 - 157
Main Authors 朱海飞, 韩大伟, 王向坤, 夏志胜, 巩凡
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 浙江华东工程咨询有限公司,浙江 杭州 311100%武汉大学 水资源工程与调度全国重点实验室,湖北 武汉 430072 2024
山能新能源(东营)有限公司,山东 东营 250014%中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122
Subjects
stress
海缆
截面力学性能
thermal coupling
submarine cables
section mechanical properties
finite element
有限元
热力耦合
应力
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ISSN1009-9239
DOI10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2024.09.016

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Summary:TM247; 海缆作为高压电力的传输构件,运行过程中产生的热量会引起结构温度升高及膨胀.受各层约束作用,海缆将产生较大的热应力与变形,进而引起结构损坏.此外,温度升高会导致海缆内部高分子材料弹性模量降低,导致海缆截面力学性能的改变.因此有必要研究海缆运行过程中因热膨胀引起的应力和变形,分析温度对海缆截面力学性能的影响.本文以某海上风电工程为依托,基于有限元软件ABAQUS建立了海缆-土体整体有限元模型,获得了稳态载流量下的温度场分布;基于温度场结果,采用热力耦合方法计算了海缆的热应力和热变形,并分析了温度作用下海缆截面力学性能的改变.结果表明:海缆运行时最高温度出现在铜导体中,外被层温度最低,以铜导体为中心,沿径向往内侧温度变化梯度较小,往外侧温度变化梯度较大;热应力主要集中在金属结构中,最大变形出现在钢丝铠装层中,当铜导体与光纤位于截面顶部时位移最大,位于底部时位移最小;考虑温度影响后,铜导体与光纤的应力会增大,同时海缆的拉伸与扭转刚度会降低,且逆扭转刚度的降低程度大于顺扭转刚度.
ISSN:1009-9239
DOI:10.16790/j.cnki.1009-9239.im.2024.09.016