考慮滑動磨損的動態臍帶纜疲勞壽命分析研究

《考慮滑動磨損的動態臍帶纜疲勞壽命分析研究》是依託大連理工大學,由盧青針擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：考慮滑動磨損的動態臍帶纜疲勞壽命分析研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：盧青針

項目摘要

動態臍帶纜連線海上浮式平台和水下生產設備，使用中由於惡劣海洋環境及浮體運動作用容易發生疲勞失效，因此在設計中要進行疲勞壽命預測。臍帶纜截面的功能單元及鎧裝加強均採用非粘結螺旋纏繞結構形式，單元相互滑動摩擦產生材料的磨損行為，使得這類結構的疲勞分析非常困難。本申請項目針對考慮磨損作用的臍帶纜疲勞壽命分析問題，建立單元滑動摩擦磨損試驗，研究不同荷載條件引起的磨損參量變化趨勢；通過臍帶纜純彎曲交變載入試驗，研究磨損對疲勞損傷的影響，進而建立磨損與疲勞壽命折減的關係；基於考慮單元相互接觸作用的數值模擬方法，選取典型臍帶纜結構進行疲勞分析，並利用模擬實際工況原型疲勞試驗進行驗證。本申請項目通過對單元磨損作用機理的研究，完善臍帶纜疲勞壽命分析方法，為動態臍帶纜結構設計及實際套用提供堅實的理論基礎。

結題摘要

本項目針對考慮磨損作用的臍帶纜疲勞壽命分析問題，設計了單元滑動摩擦磨損試驗，實驗結果表明，隨著荷載的增加，角度的增大以及次數的遞增，穩定階段摩擦係數呈現降低趨勢，載荷的大小以及摩擦次數的改變都會明顯改變鋼絲的磨損形貌和磨損深度，其中載荷的影響尤為突出。不同角度下磨損的形貌也會有所不同，隨著載荷加大，荷載循環次數上升，磨損橢圓面積明顯變大，磨損程度加劇，將加快疲勞失效的進程。基於ABAQUS有限元軟體，考慮單元相互接觸作用，建立了臍帶纜全三維分析模型，並進行了四點彎曲疲勞試驗與拉彎組合疲勞試驗，通過考慮單元磨損與交變應力耦合作用對臍帶纜疲勞進行了分析，考慮線性彎曲剛度進行疲勞壽命計算使，與非線性彎曲剛度相比，相差30%。考慮非線性計算的摩擦應力作為輸入時，與無滑動假設計算的相差35%。忽略摩擦考慮全滑動假設的彎曲應力作為輸入時，遠遠大於考慮摩擦時計算的疲勞壽命。在疲勞壽命分析中考慮了非線性彎曲行為的彎曲剛度和非線性摩擦應力作用，得到更為準確的疲勞壽命估計，完善了臍帶纜結構疲勞壽命分析方法。