[發明專利]非粘結管纜鎧裝層預應力對彎曲性能影響的測試方法和裝置

有效

• 申請號: 201810149634.1
• 申請日: 2018-02-13
• 公開（公告）號: CN108287115B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 胡海濤;蘇琦;周保順;閻軍;許金錦;熊飛宇;萬睿;許琦;范志瑞;耿達;李鑫;楊志勛;陳金龍;盧青針;岳前進;王靖元;隋倩倩
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發明提供一種非粘結管纜鎧裝層預應力對彎曲性能影響的測試方法和裝置，包括對管纜樣品鎧裝層施加拉力的預應力施加裝置和將管纜樣品中間部分彎曲成均勻弧度的彎曲裝置。通過具有內環和外環的鎖緊齒輪環將管纜樣品端部鎧裝層鎖緊，通過對螺桿上螺栓施加扭轉，實現對鎖緊齒輪環施加拉力和對內護套及管纜內部施加同等壓力，由拉壓力傳感器測量施加力的大小，實現非粘結管纜結構鎧裝層表現為不同預應力數值，模擬加工制造過程中非粘結管纜鎧裝層加工殘余應力的存在。彎曲裝置中采用穿插螺桿穿過鋼板圓孔形成實驗所需彎曲弧度，上下均設置彎曲弧度，通過位移作動器施加作用力，將管纜樣品按照設置的彎曲半徑完成彎曲工況，實現彎曲滯回疲勞工況測試。

技術領域

本發明涉及實驗測試領域，尤其涉及海洋非粘結管纜結構的鎧裝層預應力對管纜成品自身彎曲性能影響的測試方法和裝置。

背景技術

隨著海洋資源的大力開發，海洋工程裝備成為海洋資源開發必不可少的關鍵裝備之一。非粘結管纜作為海洋工程裝備的核心裝備，是海洋資源開發中重要的關節。而由于海洋環境的復雜和不確定性，海洋非粘結管纜在使用過程中將承受復雜的海洋荷載，而一旦發生破壞，難以修復和替換，嚴重影響海洋開采的效率，還可能造成嚴重的海洋污染。因此在海洋非粘結管纜投入使用前需要對其力學性能和使用壽命進行精確的測試。而海洋非粘結管纜在制造過程中往往由于制造工藝的不同，造成管纜內部存在不確定性的加工殘余應力，對其力學性能和使用壽命具有較大影響。鎧裝層作為海洋非粘結管纜的主要受力層，其加工工藝對鎧裝層的影響更加明顯。因此掌握管纜結構在制造工藝過程中鎧裝層殘余應力對管纜成品的彎曲性能影響，是保證其在水下工作時具有較好的力學性能和使用壽命的保障。從目前的研究成果來看，對于非粘結管纜結構的力學性能測試包括了一系列拉伸、壓縮、彎曲、扭轉的單一工況以及拉彎組合工況的測試，而針對非粘結管纜結構制作工藝中鎧裝層的殘余應力對整體結構的影響卻沒有建立系統的測試方式。加工過程中殘余應力的存在是眾所周知的，而殘余應力對成品的性能影響卻國內鮮有研究，鎧裝層本身便作為管纜結構中主要承受拉力的結構，其中的預應力對管纜結構的整體力學性能影響將非常大，因此需要對非粘性管纜結構進行鎧裝層預應力對整體結構彎曲性能的影響進行測試，以便全面掌握其受力特點，從而預測其使用壽命。在現有的方法和設備中，還未出現能夠測試鎧裝層預應力對整體結構彎曲性能的理想試驗方案和試驗設備。現有相關的設備只是可以單一測量出管纜整體結構純彎曲或簡單的組合工況，這種試驗設備無法達到本發明的目標。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種非粘結管纜鎧裝層預應力對彎曲性能影響的測試方法和裝置。本發明采用的技術手段如下：

一種非粘結管纜鎧裝層預應力對彎曲性能影響的測試裝置，包括對管纜樣品鎧裝層施加拉力的預應力施加裝置和將管纜樣品中間部分彎曲成均勻弧度的彎曲裝置；

所述預應力施加裝置包括：鎖緊管纜樣品端部鎧裝層的鎖緊齒輪環，向鎖緊齒輪環施加拉力的螺桿，測量施加力數值的拉壓力傳感器，將施加的壓力傳遞給傳感器的反力支撐板，使管纜內芯受力均勻的壓餅，將施加的壓力通過傳感器傳遞給壓餅的傳力圓柱；

所述彎曲裝置包括：設備底座，螺栓連接于所述設備底座上對管纜樣品中間部分施加作用的位移作動器，調整管纜樣品中間部分彎曲半徑的彎曲均勻限制裝置，還包括固接于設備底座上的兩根支撐柱，其中一根設有將管纜樣品固定的鉸支座固定卡扣，另一根支撐柱設有將管纜樣品豎直方向固定的滑動支座固定卡扣，所述滑動支座固定卡扣由上下兩個可沿管纜外表面水平滑動的滾軸組成。

進一步地，所述鎖緊齒輪環包括內環和外環，所述內環的內圈表面光滑，外圈設有齒輪槽，外圈中部設有凸起部，所述外環的內圈設有齒輪槽，內圈中部設有適配內環凸起部的凹槽，外圈設有螺絲孔及適配的緊固螺絲。

進一步地，所述彎曲均勻限制裝置包括整體框架和上下兩對對稱設置在框架內部的鋼板，所述鋼板上開設不同弧度的圓孔，每對鋼板通過穿過圓孔的穿插螺桿形成實驗所需彎曲弧度，框架豎桿上設置伸縮桿，能夠通過改變豎桿的伸縮實現對不同直徑的管纜的夾持。