[實用新型]一種拉扭耦合剛度測試裝置

有效

• 申請號: 201420517416.6
• 申請日: 2014-09-10
• 公開（公告）號: CN204116128U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 郭朝陽;蔡炳余;張建民;蔡衛兵;謝書鴻;薛建林
• 申請（專利權）人: 中天科技海纜有限公司
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

????本實用新型屬于海洋管線系統檢測技術，尤其是涉及一種海纜，臍帶纜，海洋柔性管道等拉扭耦合剛度測試裝置和方法。

背景技術

隨著對海洋工程的大力投入，海纜、臍帶纜以及海底柔性管道等海洋管線系統取得大力的發展。海纜、臍帶纜以及海底柔性管道作為水下生產系統或者水下生產系統與水上附體之間連接的重要裝備，在能量、信息、物質傳遞方面發揮重要作用。而海洋惡劣的環境對海洋管線系統的性能也提出更高的要求。

在安裝和運行過程中，海纜、臍帶纜以及海底柔性管道等在波浪海流等環境載荷的作用下會受到拉伸以及扭轉載荷的作用。海纜、臍帶纜以及海底柔性管道各構件之間大多采用非粘結螺旋纏繞結果，因此拉伸和扭轉作用之間存在耦合關系，即拉伸作用常常伴隨著扭轉發生，而扭轉運動又伴隨著海纜的伸縮。極端的拉伸和扭轉作用對海洋管線系統的性能產生極大的影響，甚至造成性能失效。為了保證海洋管線系統的正常工作，在其設計過程中要保證其剛度滿足一定的要求。

由于結構的復雜性和非線性，作為評價海纜、臍帶纜以及海洋柔性管道系統的重要指標，對拉扭耦合剛度的認識仍有很大的不足，目前還缺乏統一的拉扭耦合剛度測試標準，試驗裝置和方法。

實用新型內容

實用新型目的：本實用新型針對目前測試海纜，臍帶纜以及海底柔性管道等海洋管線系統拉扭耦合剛度測試方面的不足，設計一種直觀的，測試數據準確以及使用簡便的海纜，臍帶纜以及海底柔性管道等海洋管線系統用的拉扭耦合剛度測試裝置以及相應的測試方法。

技術方案：本實用新型所述的一種拉扭耦合剛度測試裝置，包括水平臺，所述水平臺上放置有樣品，所述樣品上安裝有引伸計，所述樣品的一端連接有拉伸夾具，所述拉伸夾具通過扭矩傳感器連接有拉力機，所述樣品的另一端連接有旋轉夾具，所述旋轉夾具上安裝有測角儀。

作為優化，所述旋轉夾具連接有旋轉電機，所述旋轉夾具和旋轉電機與支座相連。

作為優選，所述樣品為海纜、臍帶纜或者海洋柔性管道等海洋管線。

作為優化，所述旋轉夾具自由轉動或由旋轉電機驅動轉動。

作為優化，該裝置中的拉力機、扭矩傳感器、引伸計、測角儀和旋轉電機均與計算機相連接。

有益效果：本測試裝置通過測試樣品受到的拉力，扭矩，變形量和旋轉角度，通過計算機記錄瞬時試驗曲線，可以很方便地得到樣品的拉扭耦合剛度值，設備簡便，操作方便，并且測量精確，能夠有效地進行拉扭耦合剛度的測試，并可推廣到類似結構的剛度測量。

附圖說明

????圖1為本實用新型的安裝結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示的一種拉扭耦合剛度測試裝置，包括拉力機1、扭矩傳感器2、拉伸夾具3、引伸計4、測角儀5、旋轉夾具6、旋轉電機7、支座8和水平臺10構成。拉力機1通過扭矩傳感器2與拉伸夾具3相連接。拉伸夾具3只可伸縮運動不可旋轉運動。樣品9（海纜，臍帶纜或者海洋柔性管道等）放置在水平臺10上，上面安裝有測試樣品9變形量的引伸計4。樣品9兩端分別與拉伸夾具3和旋轉夾具6相連接。旋轉夾具6可旋轉運動但不可伸縮運動，旋轉夾具6上安裝有測角儀5，可以測量旋轉夾具的旋轉角度。可通過旋轉電機7控制旋轉夾具6的運動，也可使旋轉夾具6與旋轉電機7分離，使旋轉夾自由旋轉。旋轉電機7和旋轉夾具與支座8相連。在測試過程中，調節水平臺10的高度，保證樣品始終處于水平狀態。拉力機1、扭矩傳感器2、引伸計4、測角儀5和旋轉電機7都與計算機相連接。

具體測試原理與測試方法如下：

對于海纜、臍帶纜以及海洋柔性管道等細長柔性體，拉伸和扭轉時耦合在一起的，其動力學方程為

其中F為拉力，M為施加扭矩，K₁₁為拉伸剛度，K₂₂為扭轉剛度，K₁₂，K₂₁為拉扭耦合剛度，ΔL為纜的變形量，Δ?為旋轉角度，L為樣品的總長度。為了得到耦合剛度K₁₂和K₂₁，首先需要測量得到拉伸剛度K₁₁和扭轉剛度K₂₂。由上述方程可知，當樣品兩端固定，即Δ?=0時，可以通過拉力F和變形量ΔL得到拉伸剛度K₁₁；當樣品保持自由長度，通過扭矩M和旋轉角度Δ?可得到扭轉剛度K₂₂。具體測試方法如下：