[发明专利]一种用于电缆敷设前的有限元分析方法及仿真模型

权利要求书

1.一种用于电缆敷设前的有限元分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)按照实际电缆结构参数绘制电缆模型各层结构，在有限元软件中建立电缆仿真模型；根据电缆敷设的实际弯曲工况，在有限元软件中建立弯曲支撑件模型；

2)对所述电缆仿真模型和弯曲支撑件模型分别进行设置模型的结构参数、定义材料属性的力学参数、设置界面相互接触条件及划分网格；

3)根据模型边界条件施加网格约束，模拟外界载荷的方向、大小和约束，使网格节点发生位移，使用虚功方程将单元中节点的力和位移联系在一起，推导确定节点受到力与位移的关系表达式如下：

{ξ}＝[B]{δ}^e

{δ}＝[D]{B}{δ}^e＝[S]{δ}^e

{P}^e＝[K]^e{δ}^e

[K]^e＝∫_v[B]^TD[D][B]dv

[K]{δ}＝{P}

其中，{ξ}为单元内的应变阵列，[B]为几何矩阵，{δ}^e为单元节点位移阵列，{δ}为单元内某点应力阵列，[D]为弹性矩阵，[S]为单元应力矩阵，[K]^e为单元刚度矩阵，[K]为总体刚度矩阵系数，{δ}表示为位移矩阵，{P}为节点载荷矩阵；

4)进行曲率半径的计算，通过各单元所受力除以曲率半径为侧压力，计算出侧压力大小分布，对结果进行后处理；

5)判断结果是否符合要求，当结果符合要求，输出结果及验证；当结果不符合要求，则需要重新建立电缆仿真模型和弯曲支撑件模型。

2.如权利要求1所述的用于电缆敷设前的有限元分析方法，其特征在于：所述电缆敷设的实际弯曲工况为：电缆端头导体受到牵引沿固定方向前进，电缆在弯曲支撑件的作用下改变电缆的前进方向并发生弯曲产生侧压力。

3.如权利要求1所述的用于电缆敷设前的有限元分析方法，其特征在于：所述需要定义材料属性的材料主要包括导体材料、绝缘材料、包带材料、铠装金属材料、护套材料，力学参数主要包括材料密度、杨氏模量、泊松比、塑性应变、塑性应力。

4.如权利要求1所述的用于电缆敷设前的有限元分析方法，其特征在于：所述电缆最外层的网格尺寸和弯曲支撑件的网格尺寸一致，所有网格均采用二次模式。

5.如权利要求1所述的用于电缆敷设前的有限元分析方法，其特征在于：所述电缆各层结构之间的接触设置为绑定，电缆和弯曲支撑件之间的接触设置为摩擦。

6.如权利要求1所述的用于电缆敷设前的有限元分析方法，其特征在于：所述网格约束为在电缆的一端施加远程位移约束，远程点为端面的面心处，位移为分量形式，电缆的尾端为沿y轴方向的平动。

7.如权利要求1所述的用于电缆敷设前的有限元分析方法，其特征在于：所述电缆的弯曲段的曲率半径计算，为通过在结果的变形图中选取至少三个点进行曲率半径的计算，定义结果侧压力为各单元所受力/曲率半径。

8.一种用于电缆敷设前的有限元分析仿真模型，其特征在于：包括按照实际电缆结构尺寸绘制的电缆模型各层结构，还包括弯曲支撑件，所述弯曲支撑件为使电缆弯曲的滑轮和防止电缆弯曲时摆动的滑轮，全部所述滑轮结构为圆柱状，并设置为刚体。

9.如权利要求8所述的用于电缆敷设前的有限元分析仿真模型，其特征在于：所述电缆的结构为单芯电缆或多芯电缆。

10.如权利要求9所述的用于电缆敷设前的有限元分析仿真模型，其特征在于：所述电缆模型的长度为3000mm，所述滑轮的尺寸为Φ200*200mm。