海洋脐带缆是深远海油气开采中的核心装备之一，其连接于海底管汇与海面浮体之间提供远距离液压传输和光电混合控制功能。脐带缆由功能构件和其它加强构件集束而成，其截面基本力学模型为典型多层多构件非粘结螺旋缠绕结构。同时，在位运行中的脐带缆整体线型宏观呈现大长度波形态 (S形整体线型不在本文的研究范围内)。脐带缆的截面布局设计尤为关键。
客户简介
华电重工股份有限公司（中文简称“华电重工”，英文简称“HHI”）是中国华电科工集团有限公司的核心业务板块及资本运作平台。华电重工以工程系统设计与总承包为龙头，EPC 总承包、装备制造和投资运营协同发展相结合，致力于为客户在物料输送工程、热能工程、高端钢结构工程、工业噪声治理工程、海上风电工程、光伏、氢能和智慧港机等方面提供工程系统整体解决方案。公司业务涵盖国内外电力、煤炭、石化、矿山、冶金、港口、水利、 建材、城建等领域。
挑战和需求
由于海洋环境波浪和海流等载荷的复杂性，脐带缆结构力学性能的准确分析和高效设计是其功能实现的重要保障。在位运行中的脐带缆局部截面承受着拉伸、扭转以及弯曲等荷载，现有理论分析方法不能够准确地刻画脐带缆结构的力学行为。
脐带缆
脐带缆有限元模型
解决方案
采用 Ansys Mechanical 模块对脐带缆截面布局进行刚度强度分析，并找出相应填充方式，通过模拟仿真设计优化。针对较大抗拉能力；较小的弯曲刚度；防止松散及构件间存在大量接触、摩擦等非线性因素进行仿真分析。
径向刚度云图
布局设
相关 Ansys 软件
Ansys Mechanical
最终成果
通过 Ansys Mechanical 模块对脐带缆在拉压弯扭等组合工况下的运行进行仿真模拟，灵敏度分析找出脐带缆的设计规律：满足力学性能的前提下，截面设计达到最优。Ansys Mechanical 模块强大的分析功能相比其他仿真软件能够满足脐带缆这样复杂的结构仿真。
“Ansys 结构解决方案协助我们找到了设计关键，完善了设计流程，节省了时间和经济成本。”——杜佳俊，华电重工股份有限公司主任
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