Page 187 - 《爆炸与冲击》2025年第12期

第 45 卷 孙 勇，等： 动态海缆抗多次冲击复合防护层设计及力学性能研究 第 12 期

宏观上，随着加载次数的增加，试样的屈服强度进一步降低，能量吸收减少。当加载次数达到极值，胞壁
裂纹发展到使各胞孔间不再存在明显界限，形成连通的孔隙通道时，继续加载后试样的屈服强度趋于稳

定，EVA 泡沫材料的能量吸收值也趋于稳定。

1.2 0.18
ε=0.2 ε=0.2
ε=0.4 ε=0.4
ε=0.6 0.14 ε=0.6
0.8
Stress/MPa Energy absorption per unit volume/(MJ·m −3 ) 0.10

0.4 0.06

0 0.2 0.4 0.6 0.02 0 1 2 3 4
Strain Loading times
图 13 非连续加载下 EVA 应力-应变曲线 图 14 非连续加载下 EVA 吸收能量
Fig. 13 Stress-strain curves of EVA Fig. 14 Energy absorption of EVA
under discontinuous loading
under continuous loadings

1 2

500 μm 100 μm 100 μm 100 μm
3 4

500 μm 100 μm 100 μm 50 μm

图 15 加载前后 EVA 细观结构 图 16 EVA 单胞破坏阶段
Fig. 15 Mesostructures of EVA before and after loading Fig. 16 EVA unit cell destruction stage

2 防护层设计及力学性能测试

2.1 防护层结构设计
如图 17 所示，动态海缆起始于风机平台甲板，并向海平面以下延伸，其运动状态受到多种环境因素
的复合影响。具体而言，在海平面以上，动态海缆主要承受风载荷的作用；而在海平面以下，则主要受到
波浪和水流载荷的影响。这些载荷的方向和强度随季节变化呈现显著的周期性波动特征。此外，动态
海缆的运动还会受到风机平台水平位移和垂向升沉运动的直接驱动。在这种复杂的多源载荷作用下，
动态海缆主要表现出两种典型的运动模式：一是小振幅的横向摆动，二是大振幅的纵向摆动。这些复杂
的运动模式导致动态海缆与风机平台之间产生多种相互作用机制，包括由横向摆动引起的摩擦效应以
及纵向摆动导致的碰撞冲击。这种多模式的相互作用不仅增大了动态海缆的疲劳损伤风险，还可能引
发其保护套的磨损甚至结构失效，从而威胁整个海上风电系统的安全运行。
针对风机平台与动态海缆间复杂的相互作用，本文中创新性地设计了一种分层防护结构体系。该
体系采用三明治夹层构型，如图 18 所示，通过材料功能梯度设计实现能量耗散与机械防护的协同优化：

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