[发明专利]脐带缆在疲劳试验中最大弯曲曲率的测试方法

说明书

本发明公开了一种脐带缆在疲劳试验中最大弯曲曲率的测试方法，优点是采用本方法拟合得到的脐带缆弯曲变形曲线与实际弯曲变形曲线之间的误差很小，可作为脐带缆在疲劳试验时的实际弯曲变形曲线进行分析，且所得到的最大弯曲曲率的位置即为脐带缆在疲劳试验中容易发生断裂或破损的位置；此外，整个测试方法较为简单。

技术领域

本发明涉及脐带缆的性能测试方法，尤其涉及一种脐带缆在疲劳试验中最大弯曲曲率的测试方法。

背景技术

海洋脐带缆(简称脐带缆)是深海油气资源开发生产系统中最重要的设备之一。其主要由电缆、光缆、铠装钢丝、护套、钢管和填充物组成，脐带缆作为水上设备和水下生产系统之间的唯一介质，起着传输电力、信号以及可能需要的化学介质的作用。但其结构的复杂性也使得脐带缆弯曲刚度的非线性程度有所增加。脐带缆处于实际工况下或在疲劳加载试验中受拉伸、弯曲载荷作用时，脐带缆本身的弯曲刚度也呈现出明显的非线性特征，这就需要对其变形后缆线的实际曲线形状加以分析。

脐带缆的疲劳试验是一项过程复杂、成本高昂的试验。脐带缆疲劳试验机需要能够通过模拟实际工况进行加载，并监控、记录脐带缆各个危险疲劳区域的负载情况。例如在试验过程中，需要检测脐带缆中光纤传播信号的连续性以及脐带缆的电气连接的完整性，有时还需监测和控制脐带缆中每个元件承受的动态拉伸应力和弯曲应力。一套完整的脐带缆疲劳试验一般需要历时3～7个月完成，其电能消耗就可能超过10万美元。正是由于其成本高昂、试验历时较长、技术难点较多等特点，使得国际上对此类技术的研究并不多。而在脐带缆疲劳试验中最为关键的一点就是检测脐带缆在做疲劳试验时所产生的弯曲变形是否达到被试要求。但由于受到脐带缆本身结构的非线性的影响，使得测试脐带缆在疲劳试验工况下的实际弯曲变形曲线存在着一定的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测试方法简单，且误差小、精度高的脐带缆在疲劳试验中最大弯曲曲率的测试方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：脐带缆在疲劳试验中最大弯曲曲率的测试方法，包括以下具体步骤：

(1)、在脐带缆的一端施加弯曲力，使其产生弯曲，同时在脐带缆的另一端施加拉伸力；

(2)、在脐带缆的弯曲端至其长度的1/3处，每隔半米设置一个倾角传感器，在脐带缆长度的1/3至拉伸端，每隔一米设置一个倾角传感器；

(3)、假设脐带缆发生弯曲变形后的曲线方程为：y＝f(x) a≤x≤b，式中，区间[a，b]为曲线方程y＝f(x)的定义域，并将脐带缆的拉伸端设定为平面坐标系中的原点，从脐带缆的拉伸端到弯曲端，各个倾角传感器所在的分点的切线与水平面的夹角为θ₁，θ₂，...，θ_n，即各个倾角传感器所测得的弯曲角度，并设定分点的切线与x轴正向夹角为正，与x轴负向夹角为负，且从脐带缆的拉伸端到弯曲端，各个相邻分点之间的曲线长度依次为S₁,S₂,…,S_n；

(4)、将脐带缆上的第i个分点的坐标记为(x_i,y_i)，第i+1个分点的坐标记为(x_i+1，y_i+1)，第i段曲线所对应的曲率中心坐标记为(C_i,d_i)，设定第i个分点和第i+1个分点之间的第i段曲线为等效圆弧半径为R_i、曲率中心为(C_i,d_i)的圆弧曲线，相应的圆弧角度为ψ_i＝|θ_i-θ_i+1|，可得：

并根据圆形的曲线特性可得：

并将该式进行三角代换可得：