[發明專利]一種新型的海洋柔性管道拉彎及壓彎組合實驗裝置

有效

• 申請號: 201710730792.1
• 申請日: 2017-08-23
• 公開（公告）號: CN107356385B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 秦安壯;盧青針;楊志勛;高博;岳前進;陳金龍;曹長振;閻軍;尹原超;吳尚華;張聰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

本發明公開了一種新型的海洋柔性管道拉彎及壓彎組合實驗裝置，其特征在于，包括底座以及沿直線排列在所述底座上的可調固定小車、移動小車和第一定滑輪；所述可調固定小車的下端通過齒形軌道與所述底座連接，所述齒形軌道的鋸齒延伸方向垂直于所述直線，所述可調固定小車的下端具有與所述齒形軌道相匹配的齒面；所述移動小車的下端兩側分別設有多個輪，所述輪通過水平滑槽與所述底座滑動連接，所述水平滑槽的延伸方向與所述直線平行。本實驗裝置新穎實用，僅依靠液壓缸為動力來源，即可實現多種實驗方式。而且，兩者相互獨立能夠有效的控制各自荷載的施加。同時，可以根據工程和設計要求實現加載順序的任意變換。

技術領域

本發明涉及一種新型的能夠對大型細長海洋柔性管道實現拉彎及壓彎組合加載的力學性能實驗裝置。

背景技術

我國海洋油氣資源儲量豐富，且大多數分布于南海等深水海域。柔性管道等是深海油氣開采中不可或缺的裝備之一，其主要負責裝備之間的油氣輸送。連接于海底井口與管匯之間管道稱作為海底管道；連接于管匯與海上儲存裝置之間且呈現垂直形式的稱作為立管。柔性管道結構通常由多層加強構件螺旋纏繞而成。海洋柔性管道在在位運行工況時，由于風浪流的作用以及平臺在復雜海洋環境下的往復運動，連接于浮體的管道將受到拉彎組合荷載。由于柔性管道自身為復雜的螺旋纏繞結構，拉彎組合作用各層構件應力呈現高水平往復循環，進而產生疲勞損傷甚至磨損，最終發生疲勞破壞。因此，柔性管道的使用壽命是結構設計的關鍵性能參數。此外，由于管道結構復雜，理論與數值方法難以準確描述疲勞失效機理，需要借助實驗模擬研究其失效機理與疲勞壽命估計。另一方面，存儲運輸和在位運行的柔性管道在觸地點處由于偶然性環境荷載將承受明顯的壓彎組合荷載，嚴重時容易發生鎧裝屈曲失效，給修復工作帶來了較大的困難。

綜上所述，理論和數值方法往往難以準確描述該組合荷載下管道實際力學行為。因此，為了詳細研究管道在拉彎和壓彎荷載下的力學行為、結構響應以及失效機理，需要通過試驗方法來對海洋柔性管道危險段進行組合荷載模擬實驗。發現并總結管道失效規律，降低管道使用過程中破壞的概率保證整個管道使用壽命。柔性管道的組合荷載測試是對管道應用情況的重要考驗，由于國內柔性管道的研發尚處于起步狀態，組合荷載下的實驗測試經驗尚有不足，亟需一套針對性的實驗裝置對柔性管道進行測試和驗證。研究管道的力學行為特征和失效機理，從而全面掌握動態立管/纜的試驗關鍵技術。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種新型的海洋柔性管道拉彎及壓彎組合實驗裝置。

根據實際工況，采用荷載等效的方法，對海洋柔性管道進行拉彎和壓彎組合荷載模擬。因此試驗設備需要包含拉伸、壓縮設備和施加彎矩使其發生往復周期彎曲變形的設備。除此之外，實驗過程需要配置測量設備，如應變片或傳感器等以便提取管道變形過程相關參數指標(中間或直接物理量)。柔性管道組合加載實驗流程通常按如下步驟：取樣、固定、布片、加載、測量和后處理模式展開。實驗開始前要制定相應測試方案并對管道樣品進行選取，然后將待測試的管道固定于試驗架上，根據實驗要求在測試位置進行應變片布置，并將其連接于數據采集設備。確保上述操作無誤后啟動加載設備，同時實時采集相關數據。最后，對所得數據進行分析處理并形成完善的實驗報告。

本發明采用的技術手段如下：

一種新型的海洋柔性管道拉彎及壓彎組合實驗裝置，包括底座以及沿直線排列在所述底座上的可調固定小車、移動小車和第一定滑輪；

所述可調固定小車的下端通過齒形軌道與所述底座連接，所述齒形軌道的鋸齒延伸方向垂直于所述直線，所述可調固定小車的下端具有與所述齒形軌道相匹配的齒面，所述可調固定小車上設有第二定滑輪、第一液壓缸和兩個互相平行的第一支撐板，兩個所述第一支撐板的上端之間設有第一圓柱形彎曲裝置，所述第一圓柱形彎曲裝置靠近所述移動小車的一端具有第一連接法蘭面，所述第一圓柱形彎曲裝置的兩側側壁通過第一轉動軸與所述第一支撐板旋轉連接，所述第一圓柱形彎曲裝置設有第一通孔，所述第一通孔的軸線與所述第一圓柱形彎曲裝置的軸線重合；