光電復(fù)合海纜材料物性參數(shù)自動修正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種光電復(fù)合海纜材料物性參數(shù)自動修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海上油氣資源的建設(shè)開采過程中，海上石油平臺的電力系統(tǒng)是海洋石油油氣開采作業(yè)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，為整個海上石油開采系統(tǒng)提供能源和動力，保證正常的海底石油開采和平臺上的日常運行所需，而平臺與平臺間通過光電復(fù)合海纜(下文簡稱海纜)進行電力供應(yīng)及通信聯(lián)絡(luò)。一旦海纜發(fā)生故障，就會造成不可想象的巨大損失。導(dǎo)體溫度作為評估海纜安全狀態(tài)的一個重要參數(shù)，是決定海纜壽命的重要因素，也是確定載流量的重要依據(jù)，有必要對其進行實時監(jiān)測。劉頻頻等通過ANSYS (有限元分析)軟件GUI (圖形用戶界面，Graphical User Interface)操作，對海纜進行有限元建模，以此分析溫度場分布，建立了 “一種光電復(fù)合海纜溫度場建模計算分析方法”(專利號:CN102880747A)。他們在查閱大量海纜文獻資料后找到海纜各層材料物性參數(shù)，并施加一定載荷等邊界條件，建立模型計算溫度場分布。由于所獲的海纜各組成材料的物性參數(shù)與部分環(huán)境參數(shù)的不確定性，他們根據(jù)建模得到的溫度數(shù)據(jù)和真實工程得到的數(shù)據(jù)進行人工手動操作迭代，得到符合工程要求的數(shù)值。該方法雖也能完成整個溫度場建模得到導(dǎo)體溫度的目的，但卻需要及其漫長的修正時間，耗費大量人力完成海纜建模數(shù)據(jù)的前期準(zhǔn)備工作。而且對于不同的海纜，每次都要重新建立模型計算，重復(fù)工作的過程及其繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種光電復(fù)合海纜材料物性參數(shù)自動修正方法，是一種高效、簡易、自動、快捷的參數(shù)修正方法，為建模得到精確數(shù)據(jù)提供可靠的材料定義，可大大縮短建模操作周期，減少修正參數(shù)所需要的人員分配，只需導(dǎo)入規(guī)范的材料定義命令，便能全自動導(dǎo)出理想修正參數(shù)，最終實現(xiàn)高效建模和精確建立導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)庫的雙贏。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種光電復(fù)合海纜材料物性參數(shù)自動修正方法，通過ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言將整個光電復(fù)合海纜溫度場建模GUI操作形成APDL自動化溫度場建模腳本，通過軟件開發(fā)平臺編寫數(shù)據(jù)導(dǎo)入控件，將海纜光纖的初始材料物性參數(shù)保存成APDL自動化溫度場建模腳本可以讀取的海纜光纖材料物性參數(shù)文件，APDL自動化溫度場建模腳本通過批處理方法讀取海纜光纖材料物性參數(shù)文件并自動化運行APDL自動化溫度場建模腳本，生成海纜光纖的理論溫度值，軟件開發(fā)平臺計算海纜光纖實測溫度值和海纜光纖理論溫度值之間的溫度誤差值，如果有任何一組溫度誤差值超過了允許范圍，則軟件開發(fā)平臺對溫度誤差值超過允許范圍的海纜光纖的未知材料物性參數(shù)進行修正，并用修正后的材料物性參數(shù)更新海纜光纖材料物性參數(shù)文件，APDL自動化溫度場建模腳本使用更新后的海纜光纖材料物性參數(shù)文件生成新的海纜光纖的理論溫度值，軟件開發(fā)平臺再次計算海纜光纖實測溫度值和新的海纜光纖理論溫度值之間的溫度誤差值，并根據(jù)溫度誤差值修正海纜光纖的材料物性參數(shù)，直至迭代獲得可使海纜光纖實測溫度值和海纜光纖理論溫度值的溫度誤差值位于允許范圍內(nèi)的材料物性參數(shù)。
[0005]APDL自動化溫度場建模腳本將海纜光纖的理論溫度值數(shù)據(jù)保存成海纜光纖理論溫度值文件。
[0006]所述的海纜光纖實測溫度值是通過布里淵光時域分析設(shè)備獲得的，該布里淵光時域分析設(shè)備將獲取的海纜光纖實測溫度值數(shù)據(jù)保存成海纜光纖實測溫度值文件。所述的光電復(fù)合海纜溫度場建模GUI操作包含前處理部分、計算部分和后處理部分；
所述的前處理部分包含:參數(shù)化材料定義、建立海纜模型、網(wǎng)格劃分；
所述的計算部分包含:定義分析類型、參數(shù)化載荷及邊界條件、計算；
所述的后處理部分包含:定義路徑輸出溫度結(jié)果、顯示溫度云圖。
[0007]所述的海纜光纖材料物性參數(shù)包含每一類材料的密度、比熱容和換熱系數(shù)。
[0008]制作海纜的所有材料包含以下8類材料:
1、光纖；
2、填充、內(nèi)墊層、外被層、纖膏；
3、鋼管；
4、絕緣、瀝青+PE護套；
5、導(dǎo)體；
6、導(dǎo)體屏蔽、絕緣屏蔽、半導(dǎo)電緩沖；
7、鉛套；
8、鋼絲鎧裝。
[0009]所述的批處理方法是指:自動將初始材料物性參數(shù)文件或者修正后的材料物性參數(shù)文件帶入APDL自動化建模腳本進行運行。
[0010]如果所有的溫度誤差值都沒有超過允許范圍，則軟件開發(fā)平臺導(dǎo)出海纜光纖材料物性參數(shù)，作為最優(yōu)材料物性參數(shù)。
[0011]所述的溫度誤差值的允許范圍是誤差值小于等于3%。
[0012]所述的修正海纜光纖的材料物性參數(shù)是指修正換熱系數(shù)，該換熱系數(shù)與溫度成反比關(guān)系。
[0013]本發(fā)明是一種高效、簡易、自動、快捷的參數(shù)修正方法，為建模得到精確數(shù)據(jù)提供可靠的材料定義，可大大縮短建模操作周期，減少修正參數(shù)所需要的人員分配，只需導(dǎo)入規(guī)范的材料定義命令，便能全自動導(dǎo)出理想修正參數(shù)，最終實現(xiàn)高效建模和精確建立導(dǎo)體溫度數(shù)據(jù)庫的雙贏。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明提供的一種光電復(fù)合海纜材料物性參數(shù)自動修正方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]以下根據(jù)圖1具體說明本發(fā)明的較佳實施例。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明提供一種光電復(fù)合海纜材料物性參數(shù)自動修正方法，包含以下步驟:
步驟S1、通過布里淵光時域分析設(shè)備(BOTDA)獲取海纜光纖的實測溫度值，將獲取的海纜光纖實測溫度值數(shù)據(jù)保存成海纜光纖實測溫度值文件。
[0017]本實施例中，布里淵光時域分析設(shè)備BOTDA以20A為電流差，取100A?280A范圍內(nèi)的10組海纜光纖實測溫度值，保存成文本PraFiber.txt。
[0018]步驟S2、通過ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言將整個光電復(fù)合海纜溫度場建模⑶I操作寫成命令，保存成文件，形成APDL自動化溫度場建模腳本。
[0019]所述的光電復(fù)合海纜溫度場建模GUI操作包含前處理部分、計算部分和后處理部分。
[0020]所述的前處理部分包含:參數(shù)化材料定義、建立海纜模型、網(wǎng)格劃分；所述的計算部分包含:定義分析類型、參數(shù)化載荷及邊界條件、計算；所述的后處理部分包含:定義路徑輸出溫度結(jié)果、顯示溫度云圖。
[0021]其中，參數(shù)化材料定義是在’ MP’命令定義材料參數(shù)數(shù)值時，用三個數(shù)組代替各材料的密度、比熱容、換熱系數(shù)，然后使用’ Dnr和“TREAD”命令從外部文件夾讀取詳細內(nèi)容至相應(yīng)數(shù)組中，只需改變外部文件中的參數(shù)值便能靈活改變命令腳本中的參數(shù)定義值。
[0022]建立海纜模型實則建立的是海纜截面，因為在同條海纜內(nèi)我們認定溫度是均勻分布，除非發(fā)生故障，某處溫度突升；可根據(jù)給定材料厚度及海纜結(jié)構(gòu)，依次向外畫圓環(huán)或者畫同心圓然后交迭操作，完成相同的效果。
[0023]網(wǎng)格劃分:復(fù)合海纜的溫度場模型是一個二維模型，在進行網(wǎng)格劃分時，可以選用三角形單元、四邊形單元來進行劃分；有限元網(wǎng)格劃分得越密，單元數(shù)越多，計算精度越高，所得解越逼近真實值；然而，隨著單元數(shù)目的劇增，求解時間以及所需計算機資源也隨之劇增，因此，在綜合考慮計算精度、計算時間、耗費資源的基礎(chǔ)上，網(wǎng)格劃分時選用四節(jié)點四邊形單元，并且采用智能網(wǎng)格劃分工具來進行不均勻網(wǎng)格劃分；在形狀復(fù)雜和溫度劇烈變化的區(qū)域進行細劃分，其他區(qū)域的網(wǎng)格劃分則相對稀疏。
[0024]定義分析類型:主要針對的是海纜的穩(wěn)態(tài)分析。
[0025]參數(shù)化載荷及邊界條件:載荷即海纜承受電流大小，邊界條件包裹模型外圍溫度及對流換熱；使用同定義材料參數(shù)相同的命令來定義載荷及邊界條件。
[0026]本實施例中，ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言將APDL自動化溫度場建模腳本保存成文件APDL.txt ο
[0027]步驟S3、通過軟件開發(fā)平臺編寫數(shù)據(jù)導(dǎo)入控件，將海纜光纖的初始材料物性參