[发明专利]非粘结管缆铠装层预应力对弯曲性能影响的测试方法和装置

说明书

本发明提供一种非粘结管缆铠装层预应力对弯曲性能影响的测试方法和装置，包括对管缆样品铠装层施加拉力的预应力施加装置和将管缆样品中间部分弯曲成均匀弧度的弯曲装置。通过具有内环和外环的锁紧齿轮环将管缆样品端部铠装层锁紧，通过对螺杆上螺栓施加扭转，实现对锁紧齿轮环施加拉力和对内护套及管缆内部施加同等压力，由拉压力传感器测量施加力的大小，实现非粘结管缆结构铠装层表现为不同预应力数值，模拟加工制造过程中非粘结管缆铠装层加工残余应力的存在。弯曲装置中采用穿插螺杆穿过钢板圆孔形成实验所需弯曲弧度，上下均设置弯曲弧度，通过位移作动器施加作用力，将管缆样品按照设置的弯曲半径完成弯曲工况，实现弯曲滞回疲劳工况测试。

技术领域

本发明涉及实验测试领域，尤其涉及海洋非粘结管缆结构的铠装层预应力对管缆成品自身弯曲性能影响的测试方法和装置。

背景技术

随着海洋资源的大力开发，海洋工程装备成为海洋资源开发必不可少的关键装备之一。非粘结管缆作为海洋工程装备的核心装备，是海洋资源开发中重要的关节。而由于海洋环境的复杂和不确定性，海洋非粘结管缆在使用过程中将承受复杂的海洋荷载，而一旦发生破坏，难以修复和替换，严重影响海洋开采的效率，还可能造成严重的海洋污染。因此在海洋非粘结管缆投入使用前需要对其力学性能和使用寿命进行精确的测试。而海洋非粘结管缆在制造过程中往往由于制造工艺的不同，造成管缆内部存在不确定性的加工残余应力，对其力学性能和使用寿命具有较大影响。铠装层作为海洋非粘结管缆的主要受力层，其加工工艺对铠装层的影响更加明显。因此掌握管缆结构在制造工艺过程中铠装层残余应力对管缆成品的弯曲性能影响，是保证其在水下工作时具有较好的力学性能和使用寿命的保障。从目前的研究成果来看，对于非粘结管缆结构的力学性能测试包括了一系列拉伸、压缩、弯曲、扭转的单一工况以及拉弯组合工况的测试，而针对非粘结管缆结构制作工艺中铠装层的残余应力对整体结构的影响却没有建立系统的测试方式。加工过程中残余应力的存在是众所周知的，而残余应力对成品的性能影响却国内鲜有研究，铠装层本身便作为管缆结构中主要承受拉力的结构，其中的预应力对管缆结构的整体力学性能影响将非常大，因此需要对非粘性管缆结构进行铠装层预应力对整体结构弯曲性能的影响进行测试，以便全面掌握其受力特点，从而预测其使用寿命。在现有的方法和设备中，还未出现能够测试铠装层预应力对整体结构弯曲性能的理想试验方案和试验设备。现有相关的设备只是可以单一测量出管缆整体结构纯弯曲或简单的组合工况，这种试验设备无法达到本发明的目标。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种非粘结管缆铠装层预应力对弯曲性能影响的测试方法和装置。本发明采用的技术手段如下：

一种非粘结管缆铠装层预应力对弯曲性能影响的测试装置，包括对管缆样品铠装层施加拉力的预应力施加装置和将管缆样品中间部分弯曲成均匀弧度的弯曲装置；

所述预应力施加装置包括：锁紧管缆样品端部铠装层的锁紧齿轮环，向锁紧齿轮环施加拉力的螺杆，测量施加力数值的拉压力传感器，将施加的压力传递给传感器的反力支撑板，使管缆内芯受力均匀的压饼，将施加的压力通过传感器传递给压饼的传力圆柱；

所述弯曲装置包括：设备底座，螺栓连接于所述设备底座上对管缆样品中间部分施加作用的位移作动器，调整管缆样品中间部分弯曲半径的弯曲均匀限制装置，还包括固接于设备底座上的两根支撑柱，其中一根设有将管缆样品固定的铰支座固定卡扣，另一根支撑柱设有将管缆样品竖直方向固定的滑动支座固定卡扣，所述滑动支座固定卡扣由上下两个可沿管缆外表面水平滑动的滚轴组成。

进一步地，所述锁紧齿轮环包括内环和外环，所述内环的内圈表面光滑，外圈设有齿轮槽，外圈中部设有凸起部，所述外环的内圈设有齿轮槽，内圈中部设有适配内环凸起部的凹槽，外圈设有螺丝孔及适配的紧固螺丝。

进一步地，所述弯曲均匀限制装置包括整体框架和上下两对对称设置在框架内部的钢板，所述钢板上开设不同弧度的圆孔，每对钢板通过穿过圆孔的穿插螺杆形成实验所需弯曲弧度，框架竖杆上设置伸缩杆，能够通过改变竖杆的伸缩实现对不同直径的管缆的夹持。