考虑摩擦非线性应力的脐带缆疲劳寿命精确分析研究

卢青针， 杨志勋， 陈金龙， 熊飞宇， 阎 军， 岳前进,

(1. 大连理工大学 海洋科学与技术学院，辽宁 盘锦 124221；2. 大连理工大学 运载工程与力学学部工程力学系，辽宁 大连 116024；3. 大连理工大学 盘锦产业技术研究院，辽宁 盘锦 124221)

钢管脐带缆是深水水下生产系统开发模式中的关键装备之一，主要由电缆、光缆、钢管、填充、铠装钢丝及护套组成，为水下生产系统提供电能、传输数据信号以及液压和化学药剂注入。脐带缆采用非粘接螺旋缠绕结构形式，各单元间可滑动，具有良好的弯曲性能。动态脐带缆连接海上浮式控制平台和水下生产设备，在浮体运动，波浪荷载及自身重量作用下，与浮体连接的顶部受到较大的拉伸荷载与反复弯曲荷载的组合作用。其荷载往复周期往往较长，为典型的低周振动疲劳荷载。在服役期间，长期的动态响应将导致脐带缆内部单元交变应力的累积，进而产生损伤引起疲劳破坏。

基于Miner累计算上准则的疲劳寿命分析方法由于其应用方便，并具有一定可靠性而被海洋工程相关规范推荐使用。但由于脐带缆自身结构的复杂性，动态脐带缆的疲劳寿命预测在分析方法上还存在许多不确定的因素。Hoffman等[1-2]均基于Miner疲劳累积损伤方法提出了动态脐带缆与柔性立管的疲劳寿命分析流程。宋磊建等[3-4]对不同线型的脐带缆给出了张力和曲率动态响应特性，并研究了浮子结构参数对整体响应敏感性。李清泉等[5]考虑脐带缆整体动态响应给出了其与平台在波浪流荷载下的干涉特性。……