[发明专利]一种深水立管疲劳实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种疲劳实验装置，特别是关于一种可以模拟海床接触效应的深水立管疲劳实验装置。

背景技术

一般深水立管的受力比较复杂，如图1所示，受力类型一般有海水外压，管内流体内压，水下立管浮重，以及波浪海流等因素引起的动态交变拉压、弯曲作用，对于深水立管着地段还会有复杂的管土动态交变作用。从应力状态来看，深水立管处于复杂的三向交变应力状态，非常容易发生疲劳失效，而且与单向(拉压、弯曲)应力状态下的疲劳失效会有很大的不同。

就目前情况来看，国内外尚未见到有关深水立管在内外压、轴向力、弯矩、以及管土共同作用条件下，模拟深水立管复杂应力状态的疲劳试验装置与方法的文献。一般情况是应用常规拉压、弯曲疲劳实验机，进行深水立管材料或结构的单向应力状态的疲劳实验研究，与深水立管的受力状况偏差较大。因此，在一定理论分析的基础上，模拟深水工况，建立合理的实验方法和装置，结合实验研究深水立管的疲劳性能，对于经济、安全、可靠的开采深水油气，具有非常重要的意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可模拟深水条件下，对深水立管在内压力、外压力、轴向力、弯矩以及管土共同作用下，所产生的疲劳问题进行模拟实验的深水立管疲劳实验装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种深水立管疲劳实验装置，其特征在于：它包括一主缸筒、两轴向加载缸、一立管试件总成、若干横向伺服加载缸、若干土体作用伺服加载缸；所述主缸筒顶部一端设置有一外压接口，另一端设置有一放气阀；所述两轴向加载缸分别密封连接在所述主缸筒的两端，两所述轴向加载缸上分别设置有一轴向力接口；所述立管试样总成两端分别铰接在相应一侧的所述轴向加载缸的活塞上，所述立管试样总成包括一试样主体，以及与所述试样主体的一端通过圆柱销转动连接的连杆；所述试样主体下部与所述主缸筒之间设置有模拟土体；所述试样主体的两端分别设置有一连通内部的内压接口；所述试样主体上设置有若干位移传感器和应变传感器，各所述传感器的测试引线穿出所述主缸筒连接测试仪器；所述横向伺服加载缸设置在所述主缸筒上，其中两个所述横向伺服加载缸的活塞顶在所述试样主体顶部，另一个所述横向伺服加载缸的活塞顶在所述试样主体与所述连杆的圆柱销连接处底部；所述土体作用伺服加载缸设置在所述主缸筒上，且其上的各活塞顶在所述模拟土体的底部。

所述轴向力接口、外压接口、内压接口均通过液压通路与液压控制系统连通，各所述液压通路上设置有压力传感器。

各所述横向伺服加载缸和土体作用伺服加载缸均通过液压通路与液压伺服控制系统连通，各所述液压通路上设置有压力传感器。

所述主缸筒与两端所述轴向加载缸的对接处分别设置有外螺纹，且分别通过一个开合螺母式卡箍连接成一体。

所述立管试样总成与所述轴向加载缸之间的所述连接装置包括分别设置在所述立管试样总成两端的接头，两所述接头分别通过一圆柱销与相应端的所述轴向加载缸上的活塞转动连接。

所述立管试样总成的下部、所述模拟土体两端均设置有定位垫块。

所述两轴向加载缸内均设置有轴向定位环。