脐带缆是海洋能源开发逐渐走向深水的关键装备之一，其连接海洋上部浮式控制平台和水下生产设备，承担输送电力、液压和化学药剂注入以及信号传输等多种功能，被称为海洋能源开发的”生命线”。脐带缆结构主要包含电缆、光缆及钢管等功能构件、内外护套层和铠装层，局部结构呈现典型的非粘接多层螺旋缠绕的结构形式，而且整体应用呈现为细长柔性结构。针对海洋脐带缆结构双尺度特征，系统的研究了海洋脐带缆结构分析计算与优化设计方法。内容包括脐带缆基本力学行为理论方法、脐带缆结构分析数值方法、脐带缆结构力学性能测试方法、脐带缆基本服役工况力学性能分析方法、脐带缆结构截面优化设计和脐带缆整体线型优化设计等。书中采用了大量的数值和实验算例对理论和优化方法进行了验证，适用于海洋脐带缆结构分析设计课程的教学。

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2001.9-2007.7 大连理工大学 工程力学 博士 1997.9-2001.7 大连理工大学 工程力学 学士

目录
丛书序
前言
第1章 引言 1
1.1 海洋脐带缆结构介绍 1
1.1.1 海洋动态脐带缆 1
1.1.2 海洋静态海缆 2
1.2 海洋脐带缆产品发展及结构研究现状 2
1.2.1 海洋脐带缆产品发展历程 2
1.2.2 海洋脐带缆结构研究现状 3
1.2.3 我国在海洋脐带缆研究中的贡献 7
参考文献 9
第2章 脐带缆结构力学行为分析 12
2.1 拉伸行为特征分析计算 12
2.2 拉扭行为特征分析计算 14
2.3 弯曲行为特征分析计算 18
2.4 轴向压缩行为特征分析计算 20
2.4.1 径向屈曲 20
2.4.2 侧向屈曲 23
2.5 数值模拟方法.26
2.5.1 脐带缆结构数值模拟 27
2.5.2 试验测试及结果对比分析 33
参考文献 36
第3章 细长螺旋缠绕结构的多尺度分析 38
3.1 一维周期性结构等效分析方法 38
3.1.1 渐进均匀化理论 38
3.1.2 渐进均匀化方法的有限元新格式 41
3.1.3 一维周期性梁结构的渐进均匀化理论 43
3.2 典型螺旋缠绕结构的等效分析 45
3.2.1 螺旋缠绕结构的均匀化等效分析 45
3.2.2 尺寸效应对螺旋缠绕结构的性能影响分析 52
3.2.3 典型悬链线整体行为分析 53
3.2.4 设计参数对螺旋缠绕结构等效刚度的分析 54
3.3 典型螺旋缠绕结构局部应力降尺度分析 59
3.3.1 细观应力场——螺旋缠绕结构一阶细观应力计算方法 59
3.3.2 细观应力场——细观应力新方法的实现 61
3.3.3 微观应力多尺度分析——单一工况下的应力分析 61
3.3.4 微观应力多尺度分析——拉弯组合工况下的应力分析 64
3.4 脐带缆多尺度分析 65
3.4.1 脐带缆分析模型——脐带缆模型描述 65
3.4.2 脐带缆分析模型——脐带缆模型分析实现 67
3.4.3 脐带缆等效刚度分析——脐带缆刚度理论公式总结 68
3.4.4 脐带缆等效刚度分析——基于均匀化方法得出的等效刚度结果 69
参考文献 69
第4章 海洋脐带缆结构试验测试分析 71
4.1 基本力学行为试验测试装置 71
4.2 拉扭行为试验测试分析 73
4.2.1 拉伸试验测试 75
4.2.2 扭转试验测试 77
4.2.3 拉扭耦合试验测试 80
4.3 弯曲行为试验测试分析 81
4.4 疲劳损伤试验测试分析 86
4.4.1 试验原理 86
4.4.2 试验装置 87
4.4.3 试验方法、内容 88
4.4.4 试验工况确定与试验结果 90
参考文献 91
第5章 脐带缆结构整体水动力分析与线型设计 92
5.1 海洋脐带缆整体线型特征 92
5.2 细长结构水动力分析方法简介 93
5.2.1 海洋脐带缆整体极值预报分析方法 96
5.2.2 海洋脐带缆整体疲劳分析方法 98
5.3 海洋脐带缆整体线型设计与评估 101
5.3.1 线型与附件的基本设计 101
5.3.2 整体分析与评价 107
参考文献 112
第6章 海洋脐带缆安装铺设行为分析 114
6.1 典型安装铺设流程概述 114
6.1.1 铺设方法 114
6.1.2 铺设流程 120
6.1.3 铺设安装作业关键设备 122
6.2 脐带缆安装数值模拟分析计算 124
6.2.1 安装过程失效模式 124
6.2.2 安装过程结构分析 126
6.3 脐带缆安装数值试验测试分析 135
6.3.1 试验工况 136
6.3.2 试验模型 139
6.3.3 测量方案 142
6.3.4 结果分析 143
参考文献 146
第7章 脐带缆截面布局优化设计 147
7.1 脐带缆截面布局设计概述 147
7.2 脐带缆截面布局优化数学模型 148
7.2.1 几何性能 149
7.2.2 力学性能 151
7.2.3 热分散性 152
7.2.4 约束条件 153
7.3 基于拉格朗日乘子算法的截面布局优化设计 154
7.3.1 引言 154
7.3.2 优化目标 155
7.3.3 拉格朗日乘子算法 158
7.3.4 实例分析 160
7.3.5 结语 164
7.4 基于拟物算法的截面布局优化设计 164
7.4.1 引言 164
7.4.2 拟物算法 165
7.4.3 脐带缆等径构件截面布局优化设计 170
7.4.4 脐带缆截面布局数值模拟验证 171
7.4.5 脐带缆不等径构件截面布局优化设计案例 180
7.4.6 结语 185
7.5 基于粒子群算法的截面布局优化设计 186
7.5.1 引言 186
7.5.2 截面布局优化设计因素 187
7.5.3 粒子群算法 198
7.5.4 脐带缆截面布局优化设计实例 201
7.5.5 结语 203
参考文献 204
第8章 脐带缆整体线型优化设计 206
8.1 浅水线型优化设计 206
8.1.1 优化思路 206
8.1.2 基于代理模型的线型优化设计方法 206
8.1.3 代理模型及其构造方法 207
8.1.4 适用的优化算法 209
8.2 截面–整体双尺度协同优化设计 210
8.2.1 试验设计 211
8.2.2 近似模型构建 212
8.2.3 优化算法 213
8.3 基于脐带缆疲劳寿命的整体线型优化设计 214
8.3.1 疲劳寿命分析 214
8.3.2 疲劳寿命计算 215
8.3.3 基于疲劳寿命的整体线型优化设计 216
参考文献 217