[发明专利]一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法及装置

说明书

技术领域：

本发明属于材料磨损性能测试技术领域，具体涉及一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法及装置。

背景技术：

随着全球经济的发展，石油消费的需求不断增加，近十几年以来，由于陆上油气勘探与开发的程度已经较高，因此新发现的油气田规模较小，新增储量对世界油气增长的贡献降低。相比之下，世界海洋油气勘探迅速发展，其油气产量占世界总产量的比例不断增加。在海洋油气开发工程中，海底管道是海底油气输送的通道，也被称为海洋油气生产系统中的生命线，是海洋油气开发系统的重要组成部分，被广泛应用于悬跨管线、深海平台的立管以及边际油田的开采中。在深水环境开采中，输油管线长度大，在海流的作用下形状变化大，此时钢管已经不适用，而复合材料柔性管道具有明显的优势。由于柔性管在安装和服役过程中，会受到内外压力、轴向拉伸、弯曲、扭转等多种载荷，存在着压溃、屈曲、疲劳、屈服等多种失效形式，因此为了满足服役要求，柔性管采用了多层复合结构，并使用金属材料(或非金属复合材料)作为承载各类力学载荷的材料。目前柔性立管的主流结构是各层之间相对独立的非粘结结构，其中的抗拉铠装层是一层螺旋缠绕的矩形截面的钢材(或非金属复合材料)线缆，用于承载管道的轴向拉伸载荷。由于非粘结型柔性立管的各层相对独立，因此在各类载荷的作用下，层间存在相对运动，由此因此的增强材料的磨损问题就不容忽视。

API RP 17B和API SPEC 17J是目前国际上公认的海洋石油领域应用的柔性管的制造和评价标准，其中要求供货商对铠装层进行耐磨测试，并提供必要的数据以证明管材的可靠性，但标准内并没有对具体的试验程序进行描述。

分析非粘结型柔性立管的实际受力情况，主要承受内外部流体压力和轴向拉伸载荷，由此导致各层产生径向位移，从而引起层间磨损。各层(如，抗拉铠装层)之间的相对运动幅度很小、位移速率低、摩擦以静摩擦和滑动摩擦为主。因此，目前主要采用的磨损测试方法如GB/T 12444、GB/T5478、GB 3960属于材料性能测试(如测定摩擦系数等)，并不能模拟实际应用的情况，也无法评价立管使用的耐磨层的实际保护效果。

发明内容：

本发明的目的是针对现有试验技术的不足，提供了一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法及装置。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现：

一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，包括万能试验机、下试验机夹具、下试样夹具、上试样夹具和上试验机夹具；其中，

工作时，测试试样夹持在下试样夹具和上试样夹具之间，且下试样夹具被夹持在万能试验机的下试验机夹具上，上试样夹具被夹持在万能试验机的上试验机夹具上。

本发明进一步的改进在于，下试样夹具上设置有下夹持柄，上试样夹具上设置有上夹持柄，下试样夹具通过下夹持柄被夹持在万能试验机的下试验机夹具上，上试样夹具通过上夹持柄被夹持在万能试验机的上试验机夹具上。

本发明进一步的改进在于，下试样夹具和上试样夹具均包括可拆卸且配合使用的第一试样夹具和第二试样夹具，第一试样夹具和第二试样夹具之间形成用于夹持测试试样的试样槽。

本发明进一步的改进在于，第一试样夹具和第二试样夹具上均开设有螺纹孔，且第一试样夹具和第二试样夹具之间通过设置在螺纹孔处的紧固螺栓连接在一起。

一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法，该试验方法基于上述一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，包括以下步骤：

1)试样准备：使用拉伸铠装层的装甲线制取平直的样条作为测试试样；

2)试样组装：将测试试样等分为2组，每组测试试样紧密排列且端部平齐，两组测试试样交叉重叠，轴向交叉角度等于柔性立管内铠甲线的实际层间缠绕夹角，将组合后的测试试样的一侧端部夹持在下试样夹具，将组合后的测试试样的另一侧端部夹持在上试样夹具内，且每组测试试样的铺设方向同此轴向的夹角相同；

3)试样安装：控制万能试验机，使下试验机夹具和上试验机夹具分别夹紧对应的下试样夹具和上试样夹具；

4)设备准备：控制万能试验机，施加500N的预紧拉伸力，确保各处夹持良好，载荷清零；