[实用新型]一种弯曲刚度测试装置

说明书

技术领域

本实用新型属于海缆、脐带缆以及海底柔性管道的检测技术，尤其是涉及的是一种海缆，脐带缆，海洋柔性管道的弯曲刚度测试装置。

背景技术

海缆、脐带缆、以及海底柔性管道是海洋电能和信号传输，油气开发以及传送的重要装备。在安装和在位运行过程中，海缆、脐带缆以及海底柔性管道等在波浪海流等环境载荷的作用下会受到拉伸以及弯曲载荷的作用，因此海缆、脐带缆、海底柔性管道等通常采用采用非黏结缠绕结构，各构件间可相互滑动，这样可使得他们在获得足够拉伸强度的同时具有良好的弯曲柔性，满足大变形应用的需要。因此弯曲刚度是评价海缆、脐带缆以及海底柔性管道的重要指标。目前对于海缆、脐带缆以及海底柔性管道等主要以测试拉伸性能为主，并有广泛认可的测试标准和方法，但是对于其弯曲刚度的性能则明显重视不够，虽然国内外已经有许多测试常规材料的弯曲刚度的标准和方法，但是对于海缆、脐带缆以及海底柔性管道等复杂系统，还缺乏统一的测试标准，试验装置和方法。

发明内容

本实用新型目的是针对目前测试海缆，脐带缆以及海底柔性管道弯曲刚度测试方面的不足，提供一种弯曲刚度测试装置，是一种直观的，测试数据准确以及使用简便的海缆，脐带缆以及海底柔性管道弯曲刚度的测试装置。

本实用新型一种弯曲刚度测试装置是采取以下技术方案实现：

一种弯曲刚度测试装置包括固定水平台一、固定水平台二，固定夹具一、固定夹具二、活动夹具、力臂一、力臂二、刻度尺、绳索、直线电机和力传感器。

整个弯曲测试装置放置在固定水平台一与固定水平台二上，测试样品在测试过程中处于水平状态。固定夹具一、固定夹具二和力臂一与水平台一固定连接，在测试过程中保持不动。活动夹具通过万向轮与水平台二相接触，万向轮与水平台二之间保持光滑接触。测试样品放置在固定夹具一、固定夹具二与活动夹具内，测试样品在固定夹具一、固定夹具二与活动夹具内不发生移动，可调节万向轮的高度使测试样品处于水平状态。在固定夹具二、活动夹具之间测试样品的中点“O”处安装刻度尺，刻度尺固定在测试样品上与样品垂直，并使刻度尺处于水平状态。力臂二与活动夹具固定连接，力臂二下方有一个与活动夹具同样可调节的万向轮，保证在测试过程中力臂二处于水平状态，在测试过程中力臂一和力臂二不能发生明显的弯曲变形，适宜用高强度钢铁或者合金材料构成。在测试过程中测试样品、力臂一和力臂二处于同一水平状态。在力臂一和力臂二的相同刻度处通过绳索相连接，绳索上装有拉动绳索的直线电机和测试拉力的力传感器。

所述的力臂一和力臂二采用高强度钢铁或者合金材料制成。

所述的绳索采用不可拉伸的钢丝绳等。

本实用新型的具体测试方法如下：

首先将海缆、脐带缆以及海底柔性管道等测试样品放置在固定夹具一、固定夹具二、活动夹具内，保持使样品处于水平状态并且使样品不在夹具内移动，测试固定夹具二、活动夹具内的样品长度BC=L。通过绳索将力臂二、力臂一相连接，保证力臂一和力臂二的受力长度相等，测试力臂的长度BD=CE=X。在未通过直线电机拉动绳索运动前，刻度尺和力传感器的示数为0。运行直线电机，拉动绳索使样品弯曲，同时测试固定夹具二、活动夹具点的距离BC=Z，样品中心点0到直线BC的垂直距离OP=Y（即刻度尺的示数），力传感器的示数F。

样品BC在弯曲过程中为圆弧形，样品中心点“O”处受到的弯矩M=FXcosθ+FY，样品的弯曲半径为R=MB=MC=MO=CP/sinθ=Z/(2sinθ)。根据变形过程中的几何关系cosθ=cos∠NMC=(Z²-4Y²)/(Z²+4Y²)，sinθ=sin∠NMC=4YZ/( Z²+4Y²)。则可计算得到样品的弯曲刚度为EI=MR，或作出M~1/R曲线，拟合得到弯曲刚度值。

本实用新型一种弯曲刚度测试装置的有益效果是：

本实用新型一种弯曲刚度测试装置设计合理，结构简便，操作便利，能够得到很精确的刚度数值，并能广泛适用于柔性系统的测试，特别适用于海缆，脐带缆，海洋柔性管道的弯曲刚度测试。

本实用新型通过样品变形过程中拉力值和相关几何参数的测量，通过计算可以得到样品受到的弯矩值和弯曲半径，进而计算出样品的弯曲刚度值。测试设备结构简便，操作方便，并能得到精确的测量值，填补了目前海缆、脐带缆以及海底柔性管道弯曲刚度测试的空白，并且能够适用于不同尺寸的样品，该装置还可以推广到各种柔性管道系统弯曲刚度的测量。

附图说明