[实用新型]一种新型的海洋柔顺性管缆拉伸、压缩及弯曲组合实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型的能够对大型细长管缆状试件实现拉伸、压缩及弯曲组合加载的力学性能测试装置，具体地说是一种新型的海洋柔顺性管缆拉伸、压缩及弯曲组合实验装置。

背景技术

我国海洋油气资源储量丰富，且大多数分布于南海等深水海域。而海缆、脐带缆以及柔性管道等是深海油气开采中不可或缺的装备之一。这类装备可统称为海洋柔顺性管缆，其结构通常由相应的功能构件及加强构件如铠装钢丝等组成。针对不同的工程需求，选用相应功能的管缆；海缆主要负责为海底采油设备提供电能，脐带缆连接于水上浮体与海底装备之间，为海底管汇提供电力、信号传输等实现远程控制，柔性管道主要负责装备之间的油气输送。海洋柔性管缆在安装或者在位工况时，通常会受到拉伸弯曲组合荷载。由于柔顺性管缆自身为复杂的螺旋缠绕结构，弯曲荷载下构件间的相互摩擦行为将明显受到拉力大小的影响，其管缆的力学行为将非常复杂。同时，由于风浪流的作用，以及平台在复杂海洋环境下的往复运动，连接于浮体的管缆将呈现反复弯曲的行为，进而产生疲劳损伤，导致疲劳破坏。疲劳直接关乎管缆的使用寿命，而且，管缆的使用寿命是各大生产厂家和设计机构最关心的性能参数之一，因此，管缆疲劳问题的研究是管缆设计流程中不可忽视的重要环节。此外，在位运行的柔性管缆在触地点处承受明显的压缩荷载，严重时容易发生铠装屈曲失效，给修复工作带来了较大的困难。综上所述，拉伸、压缩和弯曲是海洋柔顺性管缆承受的典型荷载。

针对上述问题，理论和数值方法往往难以准确描述该组合荷载下管缆实际行为。因此，为了详细研究管缆的上述力学行为，以及疲劳失效机理和失效后的结构响应，需要通过试验方法来对海洋柔性管缆危险段进行单独荷载或者组合荷载模拟实验。进而通过实验来优化结构的设计，降低管缆使用过程中破坏的概率保证整个管缆使用寿命。柔性管缆的组合荷载测试是对管道应用情况的重要考验，由于国内柔性管缆的研究尚处于起步状态，无相关纯弯曲及组合荷载下的实验经验，亟需一套完备的实验装置对管缆进行测试和验证。

实用新型内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种新型的海洋柔顺性管缆拉伸、压缩及弯曲组合实验装置。通过本实用新型可对管缆的力学行为特征和疲劳失效机理进行研究，从而全面掌握动态立管缆的试验关键技术，同时可对管缆的相关性能参数(刚度，强度和疲劳)进行优化设计。

根据实际工况，采用荷载等效的方法，对管缆在一定弯曲半径范围内进行反复弯曲，以及拉伸和压缩组合荷载。因此试验设备需要包含拉伸、压缩设备和施加弯矩使其发生往复周期弯曲变形的设备。除此之外，实验过程需要配置测量设备，如应变片或传感器等以便提取管缆变形过程相关参数指标(中间或直接物理量)。实验流程通常按如下步骤：取样、固定、布片、加载、测量和后处理模式展开。实验开始前要制定相应测试方案并对管缆样品进行选取，然后将待测试的管缆固定于试验架上，根据实验要求在测试位置进行应变片布置，并将其连接于数据采集设备。确保上述操作无误后启动加载设备，同时实时采集相关数据。最后，对所得数据进行分析处理并形成完善的实验报告。

本实用新型采用的技术手段如下：

一种新型的海洋柔顺性管缆拉伸、压缩及弯曲组合实验装置，包括底座以及沿直线排列在所述底座上的可调固定小车和移动小车；

所述可调固定小车的下端通过齿形轨道与所述底座连接，所述齿形轨道的锯齿延伸方向垂直于所述直线，所述可调固定小车的下端具有与所述齿形轨道相匹配的齿面，所述可调固定小车上设有两个互相平行的第一支撑板和第一滑道，所述第一滑道位于两个所述第一支撑板之间，所述第一滑道沿所述直线延伸，所述第一滑道上设有第一齿条，所述可调固定小车上还设有推动所述第一齿条沿所述第一滑道滑动的第一液压缸，两个所述第一支撑板的上端之间设有第一圆柱形弯曲装置，所述第一圆柱形弯曲装置的两端分别具有第一连接法兰面，所述第一圆柱形弯曲装置的两侧侧壁通过第一转动轴与所述第一支撑板旋转连接，所述第一圆柱形弯曲装置的下侧侧壁固定有第一扇形齿轮，所述第一扇形齿轮的锯齿与所述第一齿条的锯齿啮合；