考慮摩擦非線性應(yīng)力的臍帶纜疲勞壽命精確分析研究

盧青針， 楊志勛， 陳金龍， 熊飛宇， 閻 軍， 岳前進(jìn),

(1. 大連理工大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 盤錦 124221；2. 大連理工大學(xué) 運(yùn)載工程與力學(xué)學(xué)部工程力學(xué)系，遼寧 大連 116024；3. 大連理工大學(xué) 盤錦產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，遼寧 盤錦 124221)

鋼管臍帶纜是深水水下生產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)模式中的關(guān)鍵裝備之一，主要由電纜、光纜、鋼管、填充、鎧裝鋼絲及護(hù)套組成，為水下生產(chǎn)系統(tǒng)提供電能、傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)以及液壓和化學(xué)藥劑注入。臍帶纜采用非粘接螺旋纏繞結(jié)構(gòu)形式，各單元間可滑動(dòng)，具有良好的彎曲性能。動(dòng)態(tài)臍帶纜連接海上浮式控制平臺(tái)和水下生產(chǎn)設(shè)備，在浮體運(yùn)動(dòng)，波浪荷載及自身重量作用下，與浮體連接的頂部受到較大的拉伸荷載與反復(fù)彎曲荷載的組合作用。其荷載往復(fù)周期往往較長，為典型的低周振動(dòng)疲勞荷載。在服役期間，長期的動(dòng)態(tài)響應(yīng)將導(dǎo)致臍帶纜內(nèi)部單元交變應(yīng)力的累積，進(jìn)而產(chǎn)生損傷引起疲勞破壞。

基于Miner累計(jì)算上準(zhǔn)則的疲勞壽命分析方法由于其應(yīng)用方便，并具有一定可靠性而被海洋工程相關(guān)規(guī)范推薦使用。但由于臍帶纜自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，動(dòng)態(tài)臍帶纜的疲勞壽命預(yù)測(cè)在分析方法上還存在許多不確定的因素。Hoffman等[1-2]均基于Miner疲勞累積損傷方法提出了動(dòng)態(tài)臍帶纜與柔性立管的疲勞壽命分析流程。宋磊建等[3-4]對(duì)不同線型的臍帶纜給出了張力和曲率動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，并研究了浮子結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)整體響應(yīng)敏感性。李清泉等[5]考慮臍帶纜整體動(dòng)態(tài)響應(yīng)給出了其與平臺(tái)在波浪流荷載下的干涉特性。目前，針對(duì)臍帶纜疲勞壽命分析的研究中，柔性立管/纜整體荷載的動(dòng)力分析計(jì)算方法已經(jīng)相對(duì)比較成熟。然而對(duì)于局部應(yīng)力的分析還不完善，在剛性立管疲勞分析中，金屬管道上的局部交變應(yīng)力可以通過簡(jiǎn)單公式直接計(jì)算出來，但對(duì)于臍帶纜這種復(fù)合結(jié)構(gòu)，尤其是考慮單元間相互接觸摩擦引起的非線性因素，使得局部應(yīng)力分析比較困難。Skeie等[6]將拉伸荷載引起的應(yīng)力，彎曲荷載引起的應(yīng)力以及摩擦引起的應(yīng)力進(jìn)行理論分析，疊加得到局部應(yīng)力用于疲勞壽命預(yù)測(cè)模型。Knapp等[7]建立了臍帶纜結(jié)構(gòu)的二維有限元模型進(jìn)行截面變形和應(yīng)力分析，將螺旋鎧裝鋼絲、聚合物護(hù)套等所有單元采用環(huán)形宏單元進(jìn)行模擬。Svik[8-9]采用曲梁?jiǎn)卧獊砟M，同時(shí)使用彈簧單元設(shè)置各個(gè)單元之間的非線性接觸摩擦。Wang等[10]對(duì)不考慮摩擦與考慮摩擦的臍帶纜疲勞進(jìn)行數(shù)值分析，結(jié)果表明考慮摩擦與否使疲勞壽命結(jié)果相差將近10倍。Parsinejad等[11]考慮單元摩擦和內(nèi)部壓力等非線性因素，對(duì)兩種不同類型的鋼管臍帶纜進(jìn)行疲勞應(yīng)力和壽命分析。Probye等[12]使用ABAQUS軟件對(duì)鋼管臍帶纜結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行分析，單元之間采用接觸模擬其相互作用，并可以設(shè)置庫倫摩擦。隨后，Le Corre等[13]為節(jié)約計(jì)算資源并保證計(jì)算精度改進(jìn)了這個(gè)有限元模型，全部單元都采用了梁?jiǎn)卧瑔卧g的相互作用全部變?yōu)榫€-線接觸。李清泉等[14]建立了包含六個(gè)鋼管的臍帶纜三維有限元模型，分析不同工況下的應(yīng)力以及摩擦因數(shù)對(duì)應(yīng)力的影響。

本文考慮平均應(yīng)力的影響基于Miner損傷累積準(zhǔn)則構(gòu)建了臍帶纜疲勞壽命分析方法，在局部應(yīng)力計(jì)算時(shí)考慮鋼管臍帶纜單元間相互摩擦作用引起的非線性應(yīng)力，采用Orcaflex軟件建立數(shù)值分析模型進(jìn)行疲勞壽命預(yù)估。對(duì)中國南海某1 500 m水深的動(dòng)態(tài)臍帶纜算例進(jìn)行分析，結(jié)果表明：考慮無滑動(dòng)假設(shè)的局部應(yīng)力作為輸入，得到的疲勞壽命過分偏于保守；而采用全滑動(dòng)假設(shè)計(jì)算的局部應(yīng)力作為輸入，得到的疲勞壽命則偏大很多。在疲勞壽命預(yù)估模型中考慮非線性局部應(yīng)力作為輸入可以得到更為準(zhǔn)確的壽命估計(jì)，為臍帶纜設(shè)計(jì)分析及工程應(yīng)用提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 疲勞壽命分析方法

基于材料S-N曲線的Miner損傷累積方法計(jì)算疲勞壽命，首先計(jì)算短期海況下的整體荷載響應(yīng)時(shí)程，隨后計(jì)算荷載分配到單元的局部應(yīng)力并組合成局部應(yīng)力時(shí)程，最后結(jié)合危險(xiǎn)單元材料的S-N 曲線，依據(jù)概率統(tǒng)計(jì)出長期的疲勞累積損傷，從而獲得疲勞壽命。在DNV及API[15-16]規(guī)范均推薦使用此方法對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物進(jìn)行疲勞計(jì)算，并且在動(dòng)態(tài)臍帶纜疲勞壽命計(jì)算中推薦采用10倍安全系數(shù)[17]。

基于Miner累積損傷理論的動(dòng)態(tài)臍帶纜疲勞壽命分析方法，主要的步驟如下：

步驟1整體響應(yīng)分析。整體響應(yīng)分析采取時(shí)域分析方法，用集中質(zhì)量法求解方程。將臍帶纜劃分成為一系列沒有質(zhì)量的線段和相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)線段模擬臍帶纜的軸向、扭轉(zhuǎn)及彎曲剛度性能，質(zhì)量、重力及浮力等特性則全部集中到相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上[18]。基于Longuet-Higgins方程[19]，將給定的不規(guī)則波浪散布圖離散為一系列的具有代表性的規(guī)則波的波浪散布圖。分別計(jì)算每個(gè)海況下的拉伸和曲率荷載時(shí)程。每個(gè)海況一年之內(nèi)發(fā)生次數(shù)的概率百分比為pi，對(duì)應(yīng)這種工況的周期記為Tzi，一年之中此種工況實(shí)際發(fā)生的次數(shù)ni，計(jì)算公式為

ni=365×24×3 600×pi/Tzi

(1)

步驟2局部應(yīng)力分析。將整體分析得到的拉力及曲率荷載作用在局部結(jié)構(gòu)上，用于計(jì)算臍帶纜中易發(fā)生疲勞失效的單元的局部應(yīng)力。局部應(yīng)力的計(jì)算基于以下方程

σ=KtT+Kc(Cxsinθ-Cycosθ)

(2)

式中：Kt為有效張力—應(yīng)力系數(shù)；Kc為曲率—應(yīng)力系數(shù)；θ為計(jì)算點(diǎn)處應(yīng)力沿圓周分布的位置；Cx為纜單元x方向的曲率分量；Cy為纜單元y方向的曲率分量。

步驟3材料S-N曲線。單元的抗疲勞能力一般由材料的S-N曲線表示。S-N曲線表示在交變應(yīng)力Δσi下，單元經(jīng)過Ni次發(fā)生疲勞破壞。

Ni=10a(Δσi)-m

(3)

Lg(Ni)=a-mLg(Δσi)

(4)

式中：Ni為交變應(yīng)力循環(huán)的破壞次數(shù)；a和m均為實(shí)驗(yàn)得到的材料常數(shù)。

面前臍帶纜疲勞壽命估算中通常不考慮平均應(yīng)力對(duì)構(gòu)件疲勞壽命預(yù)測(cè)的影響，而平均應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的影響程度僅次于交變應(yīng)力幅值對(duì)其的影響。通常疲勞設(shè)計(jì)參考材料 S-N 曲線，其數(shù)據(jù)是將標(biāo)準(zhǔn)試件在對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力即應(yīng)力比為-1 作用下進(jìn)行疲勞測(cè)試采集得到，對(duì)應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力為σ-1。而臍帶纜在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于自重和浮體運(yùn)動(dòng)，管體頂部承受較大的拉伸荷載，導(dǎo)致纜體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用，即平均應(yīng)力不等于 0。研究發(fā)現(xiàn)平均載荷雖然不是造成疲勞的主要原因，但是對(duì)疲勞壽命有一定的影響，且不能忽略[20]。為了消除平均應(yīng)力對(duì)疲勞壽命的消極作用，許多學(xué)者提出了不同的修正方法，其中的古德曼線由于簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便，因此多數(shù)工程的抗疲勞設(shè)計(jì)采用古德曼線對(duì)疲勞極限曲線進(jìn)行簡(jiǎn)化并修正平均應(yīng)力。

圖1 中的直線AB代表古德曼線，橫軸表示平均應(yīng)力，縱軸為應(yīng)力幅值。每一個(gè)點(diǎn)表示經(jīng)過某一指定循環(huán)次數(shù)下，發(fā)生疲勞失效的循環(huán)應(yīng)力，其中A點(diǎn)的橫坐標(biāo)平均應(yīng)力為 0，表示其疲勞應(yīng)力為σ-1；B點(diǎn)的坐標(biāo)為(σb，0)，其中σb是強(qiáng)度極限；任一點(diǎn)C的橫坐標(biāo)平均應(yīng)力不是 0，即交變應(yīng)力是非對(duì)稱的循環(huán)應(yīng)力，不能直接根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)S-N曲線查找得到此應(yīng)力水平對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)N。而古德曼線上的所有的點(diǎn)具有相同的疲勞循環(huán)次數(shù)，同時(shí)根據(jù)式(5)可以將C點(diǎn)在非對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用下疲勞分析問題轉(zhuǎn)化為A點(diǎn)平均應(yīng)力為零的對(duì)稱循環(huán)疲勞壽命分析研究。

圖1 古德曼線Fig.1 Goodman line

(5)

式中：σa為C點(diǎn)的應(yīng)力幅值；σ-1為應(yīng)力循環(huán)比r=-1時(shí)疲勞極限；σm是為C點(diǎn)的平均應(yīng)力；σb是強(qiáng)度極限。

步驟4臍帶纜的疲勞壽命。根據(jù)上述公式計(jì)算的結(jié)果，利用Miner公式，可以得到一年之中的疲勞損傷累積，如式(6)所示

(6)

式中：N為交變應(yīng)力種類的個(gè)數(shù)；D為疲勞損傷累積量。當(dāng)D=1時(shí)，說明疲勞發(fā)生破壞；當(dāng)D=0時(shí)沒有發(fā)生疲勞損傷。臍帶纜的疲勞壽命為疲勞損傷的倒數(shù)，即

(7)

2 局部應(yīng)力分析

典型鋼管臍帶纜結(jié)構(gòu)如圖2所示，截面中大部分單元以一定螺旋角度鋪設(shè)。其中內(nèi)部單元的纏繞角度一般小于10°。鋼管臍帶纜最易發(fā)生疲勞破壞、破壞后功能失效最為嚴(yán)重的往往是鋼管單元，故需要對(duì)鋼管單元在拉伸和彎曲荷載作用下的應(yīng)力做分析計(jì)算。造成鋼管單元疲勞的主要因素有拉伸、彎曲和摩擦引起的應(yīng)力。由于鋼管纏繞角度較小，故在拉伸及彎曲引起的應(yīng)力分析中忽略鋼管角度影響。

圖2 鋼管臍帶纜結(jié)構(gòu)組成Fig.2 Compositions of a steel tube umbilical

2.1 拉伸引起的應(yīng)力

拉伸荷載分配到每個(gè)鋼管單元上的應(yīng)力由總的拉伸剛度及鋼管單元的拉伸剛度決定。拉伸引起的應(yīng)力通過式(8)計(jì)算。

(8)

式中：ΔσT(t)為拉伸應(yīng)力時(shí)間歷程；T(t)為整體拉伸荷載的時(shí)間歷程；KT為臍帶纜的拉伸剛度；E，A分別為鋼管的彈性模量以及面積。

2.2 彎曲引起的應(yīng)力

臍帶纜彎曲時(shí)內(nèi)部單元會(huì)將經(jīng)歷從無滑動(dòng)階段到滑動(dòng)階段，并且拉力荷載將會(huì)加大無滑動(dòng)階段的長度，因此彎曲應(yīng)力可分段表示。

2.2.1 無滑動(dòng)彎曲應(yīng)力

滑動(dòng)之前，鋼管以臍帶纜的中心軸為軸進(jìn)行彎曲，彎曲應(yīng)力即為靜摩擦應(yīng)力可采用如式(9)表示

ΔσFB(t)=κ(t)EFL

(9)

式中：ΔσFB(t)為無滑動(dòng)的彎曲應(yīng)力時(shí)間歷程；κ(t)為整體曲率荷載的時(shí)間歷程。RL為鋼管中心到臍帶纜中心距離。

滑動(dòng)后，彎曲荷載分配到每個(gè)鋼管的應(yīng)力由鋼管的直徑?jīng)Q定。彎曲引起的應(yīng)力可以通過以下公式計(jì)算。

ΔσBC(t)=κ(t)ER

(10)

式中：ΔσBC(t)為滑動(dòng)后彎曲應(yīng)力時(shí)程；R為鋼管的半徑。

2.2.3 滑動(dòng)摩擦應(yīng)力

鋼管單元發(fā)生全滑動(dòng)時(shí)，靜摩擦力轉(zhuǎn)化為動(dòng)摩擦力。假定滑動(dòng)只發(fā)生在沿螺旋軸向方向，忽略端部效應(yīng)。對(duì)其中一個(gè)螺旋鋼管單元進(jìn)行分析，如圖3所示。基于彎曲引起的軸向力與阻止軸向位移的靜摩擦力的平衡關(guān)系可以建立摩擦應(yīng)力分析模型。

圖3 微螺旋單元ds的受力圖Fig.3 Force on infinitesimal helix element ds

基于鋼管單元的軸向方向平衡條件，給出如下的滑動(dòng)準(zhǔn)則

（2）有利于簡(jiǎn)化物流園區(qū)項(xiàng)目中的合同關(guān)系。在EPC總包模式下，業(yè)主不需要再與設(shè)計(jì)方、采購方和實(shí)施方分別簽署合同，只需與總包方達(dá)成一致，極大地簡(jiǎn)化了智慧物流園區(qū)項(xiàng)目的合同框架。

(11)

式中：N為軸向力；f為單位長度的摩擦力。

假定螺旋鋼管單元完全固定在所纏繞的圓柱上，由彎曲引起的軸向力的可表示為

N=-EARLcos2αsin(φ)κ

(12)

式中：α為鋼管的纏繞角度；φ為螺旋位置的角度；φ與沿螺旋方向的長度S的關(guān)系可表示為

(13)

靜摩擦力阻止單元滑動(dòng)，當(dāng)單元軸向力梯度(dN/dS)達(dá)到單位長度的靜摩擦力f時(shí)滑動(dòng)發(fā)生。可表示為

(14)

當(dāng)φ=0時(shí)，拉力梯度有最大值，在中性軸處開始滑動(dòng)，因此可得到開始發(fā)生滑動(dòng)的臨界曲率

(15)

單元從中性軸位置最開始發(fā)生滑動(dòng)到全滑動(dòng)時(shí)，總的摩擦力F達(dá)到靜摩擦力值N。

(16)

(17)

(18)

此時(shí)可得到滑動(dòng)的摩擦應(yīng)力σFC為

(19)

單元摩擦力跟摩擦因數(shù)及接觸壓力、接觸長度有關(guān)。

f=μqcLc

(20)

準(zhǔn)確確定鋼管與相鄰單元的摩擦因數(shù)μ、接觸應(yīng)力qc及長度Lc是計(jì)算摩擦力的關(guān)鍵，本文基于ANSYS二次開發(fā)APDL語言建立參數(shù)化有限元模型進(jìn)行接觸壓力分析。將拉伸引起的徑向接觸壓力作用在纜芯結(jié)構(gòu)上計(jì)算截面內(nèi)危險(xiǎn)管單元的接觸應(yīng)力qc及接觸長度Lc，進(jìn)而計(jì)算滑動(dòng)摩擦應(yīng)力。臍帶纜纜芯二維有限元模型如圖4所示。

圖4 臍帶纜二維有限元模型Fig.4 2D model of the umbilical core

2.3 局部應(yīng)力

無滑動(dòng)時(shí)，鋼管單元的局部應(yīng)力組合Δσ(t)為拉伸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力的和。

Δσ(t)=ΔσT(t)+ΔσFB(t)

(21)

滑動(dòng)時(shí)，鋼管單元的局部應(yīng)力組合Δσ(t)為拉伸應(yīng)力、滑動(dòng)彎曲應(yīng)力及滑動(dòng)摩擦應(yīng)力的和。

Δσ(t)=ΔσT(t)+ΔσBC(t)+ΔσFC(t)

(22)

3 數(shù)值算例

3.1 算例介紹

某1 500 m水深的動(dòng)態(tài)臍帶纜采用如圖5所示懸鏈線形式線型。海床平坦，土壤可以作為沙質(zhì)粉土考慮，臍帶纜采用圖1中的結(jié)構(gòu)形式。表1、表2分別給出了臍帶纜系統(tǒng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)。臍帶纜系統(tǒng)的基本參數(shù)包括臍帶纜的長度及SPAR平臺(tái)的參數(shù)；臍帶纜結(jié)構(gòu)參數(shù)包括外徑、質(zhì)量、拉伸剛度及扭轉(zhuǎn)剛度參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)室原型彎曲實(shí)驗(yàn)對(duì)該臍帶纜進(jìn)行彎曲剛度實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的非線性彎矩-曲率關(guān)系，如圖6所示。

圖5 1 500 m水深動(dòng)態(tài)臍帶纜Fig.5 A dynamic umbilical in depth of 1 500 m

表1 臍帶纜系統(tǒng)主要參數(shù)Tab.1 Parameters of umbilical system

表2 臍帶纜結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.2 Parameters of the umbilical cable

本文基于Longuet-Higgins方程，將給定的不規(guī)則波聯(lián)合概率分布，離散為規(guī)則波的波浪散布圖，覆蓋率達(dá)99%。本文計(jì)算所采用的規(guī)則波工況如表3所示。分析時(shí)考慮了浮體位于遠(yuǎn)位、近位、側(cè)位時(shí)的情形，設(shè)各占33.33%概率。其中波浪迎浪0度占60%，迎浪角為30度時(shí)占40%。波浪聯(lián)合概率分布，轉(zhuǎn)化為規(guī)則波散布圖塊為42塊，共有252種荷載工況。

圖6 臍帶纜彎矩-曲率關(guān)系Fig.6 Relationship of bending moment-curvature of the umbilical

采用OrcaFlex軟件建立動(dòng)態(tài)臍帶纜的數(shù)值分析模型，臍帶纜與SPAR平臺(tái)底端固接，此處吃水為164.6 m。臍帶纜末端錨固于海底，臍帶纜與海底軸向摩擦因數(shù)設(shè)為0.25。模型假設(shè)了1 850 m總長，即初始約為430 m的海底拖行段，浮體的運(yùn)動(dòng)相應(yīng)數(shù)據(jù)(Response Amplitude Operator, RAO)賦于SPAR平臺(tái)重心處。為了盡量真實(shí)反映臍帶纜的運(yùn)動(dòng)，采用不同的網(wǎng)格劃分，對(duì)其中敏感區(qū)域受力變形情況進(jìn)行細(xì)化劃分。將整個(gè)動(dòng)態(tài)臍帶纜模型分成4部分，上端與浮體連接處和觸地點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)格細(xì)化，離散成若干長度為1 m的單元，海床上靜態(tài)部分及中間段離散成若干長度為5 m的單元。

表3 臍帶纜疲勞計(jì)算的規(guī)則波工況Tab.3 Regular wave case for fatigue calculation of umbilical

3.2 局部應(yīng)力分析

最內(nèi)層的鋼管單元受到外層鎧裝鋼絲、外層單元及相鄰單元等的擠壓作用，基于圖4有限元模型進(jìn)行接觸壓力分析。提取截面內(nèi)單元的接觸應(yīng)力，其中最大的接觸應(yīng)力發(fā)生在外層管單元與中心管單元的接觸處，提取沿圓周所有鋼管單元的節(jié)點(diǎn)的接觸壓力值如圖7所示。

圖7 沿著管單元節(jié)點(diǎn)的接觸應(yīng)力值Fig.7 Contact stress values of the nodes along the tube

根據(jù)式(18)計(jì)算滑動(dòng)時(shí)的臨界曲率，基于式(19)和(20)計(jì)算單位長度的滑動(dòng)摩擦應(yīng)力值，代入式(21)和式(22)可得鋼管單元的隨著曲率變化的總應(yīng)力。此外考慮其他兩種假設(shè)下的應(yīng)力情況，一種是無滑動(dòng)假設(shè)，即應(yīng)力隨著曲率變化一直為靜摩擦應(yīng)力，應(yīng)力公式基于式(21)，另一種為忽略摩擦作用全滑動(dòng)假設(shè)，應(yīng)力公式基于式(22)。三種情況下的應(yīng)力總和如圖8所示。

3.3 疲勞壽命估計(jì)

計(jì)算頂部危險(xiǎn)點(diǎn)的疲勞荷載工況，按無滑動(dòng)假設(shè)計(jì)算的局部應(yīng)力作為輸入，可得臍帶纜頂部危險(xiǎn)的點(diǎn)疲勞壽命最低為1 850年，考慮10倍安全系數(shù)為185年。考慮非線性計(jì)算的局部應(yīng)力作為輸入，疲勞壽命為250年，與無滑動(dòng)假設(shè)計(jì)算的相差35%。考慮全滑動(dòng)假設(shè)忽略摩擦作用的局部應(yīng)力作為輸入，疲勞壽命為3 116年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于考慮非線性局部應(yīng)力時(shí)計(jì)算的疲勞壽命。

圖8 總應(yīng)力計(jì)算結(jié)果Fig. 8 Result of the total stress

表4 疲勞壽命分析結(jié)果比較Tab.4 Comparison of fatigue life results

4 結(jié) 論

本章針對(duì)動(dòng)態(tài)臍帶纜的疲勞性壽命預(yù)測(cè)進(jìn)行研究。提出疲勞壽命的分析模型，在臍帶纜局部應(yīng)力分析中考慮單元間接觸引起的摩擦。基于Orcaflex軟件建立數(shù)值分析模型，采用非線性局部應(yīng)力作為輸入，對(duì)南海某1 500 m水深的動(dòng)態(tài)臍帶纜進(jìn)行疲勞壽命分析，結(jié)果表明：

(1)考慮無滑動(dòng)假設(shè)的局部應(yīng)力得到的疲勞壽命值過于保守，相差約35%。給工程設(shè)計(jì)帶來了不必要的浪費(fèi)。

(2)考慮全滑動(dòng)假設(shè)的局部應(yīng)力得到的疲勞壽命過于偏大，導(dǎo)致結(jié)果偏危險(xiǎn)。

在疲勞壽命分析中考慮非線性的局部應(yīng)力作用可以得到更為準(zhǔn)確的疲勞壽命估計(jì)。本文研究結(jié)論為動(dòng)態(tài)臍帶纜設(shè)計(jì)分析與工程實(shí)際應(yīng)用提供有力的技術(shù)支撐。