Page 189 - 《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

Auto-collision ring: buoyancy 1 200 kg
Fan platform
Buoyancy block 1: buoyancy 1 200 kg
Gravity block: subaqueous gravity 414 kg
Dynamic cable Buoyancy block 2: buoyancy 1 050 kg
Buoyancy block 1
23.125 m Buoyancy block 2
14 m
12 m 12 m
14.4 m 10.475 m 6 m
Auto-collision ring 7 m
75 m
Transverse brace
Gravity block

图 19 动态海缆线型分布
Fig. 19 Dynamic submarine cable line distribution

图 20 给出了该海况下动态海缆的速度曲线，最大合速度为 3 m/s，经计算动态海缆具有的最大动能
为 270 J，其与风机平台间碰撞应变率应为 22.5 s 。
−1

3

表 1 动态海缆各部位的基本参数
v x
Table 1 Basic parameters of each part of 2 v y
dynamic submarine cable v z
v
部位 净质量/kg 长度/m 1
动态海缆（空气中） 373 12.3 Velocity/(m·s −1 ) 0
动态海缆（水中） 2 603 161.7 −1
防撞环 −1 200 14.4
−2
浮力块1 −1 200 14.0
0 10 20 30 40 50 60
浮力块2 −1 050 12.0
Time/s
重力块 414 6.0
图 20 动态海缆的速度曲线
Fig. 20 Velocity curves of dynamic submarine cable

2
S 可近似为 0.018 m ，结合 泡沫材料在动态压
动态电缆与风机平台横撑发生碰撞时，接触面积 EVA
h ：
缩下单位体积吸能 W ，可以进一步确定防护层吸能主体的理论需求厚度
E k
h = (10)
WS
采用密度为 130 kg/m 的 3 EVA 泡沫材料作为防护层的吸能主体时，根据材料单位体积吸能特性及动
态海缆的碰撞动能计算，防护层内层的最小理论厚度应不低于 54 mm。然而，由于动态海缆的冲击过程是
一个反复加载的过程，材料的吸能性能会随加载次数的增加而变化，因此需要综合考虑多次加载下的吸能
特性。在连续加载条件下，EVA 泡沫材料的二次吸能能力约为一次吸能的 45%；而在非连续加载条件下，
二次吸能能力可达到一次吸能的 75%。针对极端海况下的连续加载场景，为确保防护层在多次冲击下仍
h s 应满足：
能有效吸收能量，需对理论厚度进行修正。根据多次加载下的吸能衰减特性，防护层的实际厚度
h
h s = (11)
k
式中：h 为理论厚度，取 54 mm；k 为多次加载下的吸能衰减系数。对于连续加载场景 k=0.45，为确保防护
层在多次连续冲击中仍能提供可靠的保护，其实际厚度应设计为 120 mm 以上。这一设计能够有效应对
动态海缆在恶劣海洋环境中的反复冲击载荷，保障其长期运行的可靠性。

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