海底電纜埋設(shè)犁犁體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

1、    海底電纜埋設(shè)犁犁體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析    高樹娟摘 要：本文根據(jù)埋設(shè)犁極限工作狀態(tài)計(jì)算犁體開溝阻力，運(yùn)用solidworks軟件對埋設(shè)犁犁體進(jìn)行三維建模，利用ansys軟件建立有限元模型進(jìn)行典型荷載工況下的應(yīng)力分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。探討了有限元軟件對犁體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算及改進(jìn)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：埋設(shè)犁；犁體；開溝阻力三維建模；有限元；應(yīng)力分析電纜埋設(shè)犁是布纜船上的一種主要布纜設(shè)備，通常帶有可變角度的犁體，用于埋設(shè)海底電纜。犁體由高壓水腔、電纜腔、導(dǎo)纜蓋板和牽引裝置組成，高壓水腔底部安裝噴嘴進(jìn)行高壓水射流開溝。犁體通過旋轉(zhuǎn)軸固定在前龍門架的軸承座上，犁體正常

2、工作位置是前緣與海底平面成47°夾角，滿足3m埋深的要求。犁體是埋設(shè)犁重要工作構(gòu)件，其工作性能直接影響成溝效果。1開溝阻力計(jì)算埋設(shè)犁在水底切削開溝，其阻力是切削泥土面積與單位面積泥土阻力-比阻力的乘積來計(jì)算。開溝的總阻力可按下式計(jì)算：r=k平均.f=15×320×36=172800n=172.8kn式中：r開溝的總阻力 n；k泥層切泥比阻力 n/cm2 ，參照下表取15；f為埋設(shè)犁開溝的截面積cm2；表1：泥土比阻力數(shù)據(jù)表序號 土質(zhì) 泥土比阻力（n/cm2）1 砂、砂質(zhì)土、輕沙質(zhì)黏土 6-122 沙質(zhì)黏土、細(xì)砂、輕黏土 10-273 中等和重質(zhì)黏土 27-484

3、重黏土 >482 埋設(shè)犁抗拔力計(jì)算2.1計(jì)算犁體自重gp【根據(jù)樁基規(guī)范5.4.5式5.4.5-2計(jì)算】，地下水位以下取浮重度。2.2犁體非整體破壞的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值tuk犁體的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（根據(jù)樁基規(guī)范5.4.6 式5.4.6-1）式中：tuk-基樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kn）i-抗拔系數(shù)qsik-樁側(cè)表面第i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kn/m2）ui-樁身周長（圓樁取d，方樁取4b），對于擴(kuò)底樁擴(kuò)底影響范圍內(nèi)取擴(kuò)底周長dk（m）li-樁側(cè)表面第i層土厚（m）tuk=216.000 kn2.3計(jì)算基樁抗拔極載力tu計(jì)算基樁抗抗承載力tu（根據(jù)樁基規(guī)范5.4.5式5.4.5-2計(jì)算）3犁體鋼結(jié)構(gòu)受力分析埋設(shè)犁由犁體、前后龍門架、滑靴三部分組成。計(jì)算內(nèi)容為采用有限元分析軟件分別對犁體、前龍門架進(jìn)行進(jìn)行有限元分析。根據(jù)開溝阻力計(jì)算、埋設(shè)犁抗拔力計(jì)算及施工經(jīng)驗(yàn)，犁體底部承受最大水平荷載30t，分別計(jì)算犁體及前龍門架的應(yīng)力和變形。4結(jié)束語海纜埋設(shè)犁在作業(yè)中犁體與海底平面的夾角盡量不要小于20度，夾角越小對機(jī)架受力越不利；由于埋設(shè)犁在海洋中的使用環(huán)境惡劣，應(yīng)使用優(yōu)質(zhì)的碳素結(jié)構(gòu)鋼。參考文獻(xiàn)：1 杜少澤，張政，梁建興. 海底電纜鋪設(shè)設(shè)備分析【j】.中國集體經(jīng)濟(jì)，2013（23）：41-43.2王立權(quán)，馬洪新，王磊等.海底管道回填犁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究【j】.機(jī)床與液壓.2016