[發明專利]一種用于測試深海鋼管臍帶纜剛度特性的方法

在審

• 申請號: 201710408675.3
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107687982A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 荊彪;夏峰;陳凱;俞國軍;朱艷杰
• 申請（專利權）人: 寧波東方電纜股份有限公司
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01N3/32
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙)11466
• 代理人: 黃啟行,張璐

1.一種用于測試深海鋼管臍帶纜剛度特性的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、制備樣本，將試驗樣本截為分別具有長為L1的樣本A1、長度為L2的樣本A2以及長度為L3的樣本A3；

步驟二、拉伸剛度的測試，選取試驗樣纜A1，其安裝工作載荷為65KN，試驗開始前，需將試驗樣纜A1一端采用固定裝置固定，另一端固定于液壓伺服作動器的頂部，采用加載和卸載兩次載荷循環來進行臍帶纜的拉伸測試，將拉伸載荷逐步遞增至3T，且以相同的加載速率進行卸載，進行2次試驗拉伸，通過試驗測試可得到試驗樣纜A1拉伸載荷與軸向變形之間的關系；

步驟三、扭轉剛度測試，選取試驗樣纜A2，對其軸向施加兩個拉伸載荷，試驗樣纜A2一端用接頭固定在支撐架上，另一端用軸承支撐，用力臂桿在試件的軸承端施加扭矩作用，通過力傳感器控制力F₁的大小，并用位移計測量臂桿上距離試件軸心距離r點處的位移大小，并換算出單位長度扭轉角度α₁，通過對扭矩加載處施加扭矩，在接頭固定端用力傳感器測得所施加的力的大小F₁，在軸承支撐端用位移計測得施加扭矩所轉過的位移S，設纜體長度為L₂，力傳感器距離纜體中心軸線的距離為R，位移計距離纜體中心軸線的距離為r，可得到扭矩的大小為：

T＝F₁R

單位長度纜體所扭轉的角度為：

α₁＝S/RL₂

將所得試驗數據換算成扭矩T和單位長度轉角α₁后，單位長度轉角α₁作橫坐標，扭矩T作縱坐標，即可得到扭矩與扭轉角關系曲線；

步驟四、彎曲剛度測試，將樣纜A3的A、B兩端固定，并使樣纜A3處于水平狀態；在樣纜A3的固定端中點處C的兩側D、E位置上設置兩個位移傳感器，并且位移傳感器距離中點C處的位移為b，兩個位移傳感器于樣纜A3中點C對稱，位移傳感器與控制系統電連接；沿樣纜A3上G、H處施加拉伸載荷F₂，受力點距離A、B固定端位移為a，將拉力傳感器連接至拉力繩，并將其與控制系統電連接，整個試驗操作采用同一控制系統，

樣纜A3在彎曲過程中的彎曲剛度：

EI=Fa12ΔC(3l2-4a2)]]>

式中：EI表示臍帶纜的彎曲剛度，l為臍帶纜兩個支撐點A、B之間的距離，a表示臍帶纜上的徑向拉力加載點至與其對應一端的臍帶纜支撐端的距離，Δc表示臍帶纜在受徑向拉力后中點C產生的徑向位移量，臍帶纜彎曲過程中，曲率表達式為：

κ=ΔC-ΔD(ΔC-ΔD)2+b2+ΔC-ΔE(ΔC-ΔE)2+b2]]>

κ表示臍帶纜的曲率，△D表示臍帶纜在受徑向拉力后其D點產生的徑向位移量，△E表示臍帶纜在受徑向拉力后其E點產生的徑向位移量，b表示移傳感器到臍帶纜的中點C的距離；

根據上述方法，沿樣纜A3上G、H處施加三組不同數值的拉伸載荷F₂，并根據上述表達式，即可得到臍帶纜彎曲剛度隨曲率變化關系；

步驟五、數據分析與比對，通過在步驟二至步驟四中拉伸剛度、扭轉剛度以及彎曲剛度的測試數據獲得的電纜剛度特性變化規律，與解析分析和有限元分析的結果進行比對分析，再次驗證該測試方法的合理性以及與理論模型解析的一致性。