臍帶纜拉伸彎曲力學複合試驗裝置的製作方法

2023-04-23 03:54:16 1

本發明涉及海洋工程裝備水下生產系統檢測技術領域，尤其涉及一種能夠實現拉伸、拉伸彎曲、彎曲多種疲勞狀態對臍帶纜進行疲勞試驗的裝置。

背景技術：

水下生產系統是海上油氣開發的重要裝置，隨著我國海洋戰略的實施，該系統關鍵部件的國產化和穩定運行備受關注。臍帶纜作為連接海上浮體和海底設備的關鍵部件，在電力、液壓動力、化學試劑、信號傳輸等方面具有重要作用，但其國產化面臨著各種技術瓶頸，其中檢測裝置和檢測技術的缺乏，是制約臍帶纜國產化的重要因素之一。目前臍帶纜疲勞壽命分析尚處於探索階段，需要研發一種試驗裝置，模擬臍帶纜的實際工況，為國產臍帶纜的使用提供疲勞壽命依據。

關於臍帶纜複合試驗裝置，目前只有一個申請號為201610197048.5的發明專利，該裝置可實現臍帶纜的拉伸、彎曲，其實現方式是利用作動器對臍帶纜進行拉伸，端部作動器進行彎曲，能夠有效模擬端部彎矩帶來的拉伸彎曲變形狀況，但是該試驗機功能單一，適用範圍小，不能模擬多種受力情況。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是如何克服現有技術的不足，提供一種適合臍帶纜、軟管的能夠提供拉伸、拉伸彎曲、三點彎曲、四點彎曲多種試驗狀態的試驗裝置，即一種臍帶纜拉伸彎曲力學複合試驗裝置。

本發明為實現上述目的採用的技術方案是：一種臍帶纜拉伸彎曲力學複合試驗裝置，包括支撐框架、安裝在支撐框架上部的拉伸夾持系統、安裝在支撐框架下部的彎曲夾持系統和用以收集處理來自拉伸夾持系統與彎曲夾持系統的試驗數據的控制器。

進一步，所述支撐框架包括支撐立柱和架設在支撐立柱上的支撐橫梁，支撐立柱和支撐橫梁對稱設置成兩排，其中支撐立柱下端連接有支撐座；

所述拉伸夾持系統包括擺頭、拉伸端旋轉接頭、移動端旋轉接頭、臍帶纜夾具，所述拉伸端旋轉接頭和移動端旋轉接頭的頭部均通過銷釘連接擺頭一端，使得拉伸端旋轉接頭和移動端旋轉接頭均實現擺動功能，且在移動端旋轉接頭上安裝有角位移傳感器，所述擺頭的另一端還固定連接有臍帶纜夾具；

所述彎曲夾持系統包括彎矩加載作動器、移動橫梁和推桿，其中所述彎矩加載作動器設有兩組，且對稱豎直放置，所述移動橫梁的兩端連接在所述彎矩加載作動器上，而移動橫梁上還通過滑槽和滑軌的形式連接有推桿，使得推桿可以在橫梁上通過外力實現滑動，以適應不同的試驗目的，推桿的頂端安裝有圓筒狀夾具。

進一步，對稱設置的支撐橫梁形成所述拉伸夾持系統的拉伸軌道，拉伸夾持系統安裝在兩組支撐橫梁之間，其中，所述移動端旋轉接頭和拉伸端旋轉接頭分別安裝在所述支撐橫梁的左右兩側，所述拉伸端旋轉接頭上連接固定有拉伸測量機構，拉伸測量機構包含通過螺釘固定在支撐橫梁上的磁滯位移傳感器，在拉伸端旋轉接頭的尾部通過法蘭和螺釘連接有拉伸作動器，拉伸作動器的位移通過拉伸測量機構中的磁滯位移傳感器進行測量，拉伸作動器的外殼通過螺栓固定在兩組支撐橫梁之間，且其尾部伸出支撐橫梁形成的區域外；

所述支撐座包括兩組對稱設置的底部橫梁及固定底部橫梁相對位置的三組H型鋼，並通過預埋件固定在地面，所述支撐立柱固定在底部橫梁上。

進一步，所述支撐橫梁包括移動段和固定段，移動段橫梁的長度大於固定段橫梁的長度，之間通過螺栓固定連接，移動段的橫梁採用槽鋼，且兩組移動段橫梁的凹槽相對安裝，在凹槽的上下兩槽面上開設有若干銷孔，所述移動端旋轉接頭安裝在支撐橫梁的凹槽內，且通過銷軸和銷孔實現固定和位置的改變。

進一步，在所述支撐座之間的地面上至少設有兩個用於放置所述彎矩加載作動器的預製孔，因此彎曲夾持系統位於對稱設置的支撐框架之間，並與所述拉伸夾持系統上下對應。

進一步，所述的支撐立柱與所述支撐座之間、支撐立柱與支撐橫梁之間連接有起到加固作用的加固支杆。

進一步，所述的支撐橫梁的外側面設有水平安裝的帶有護欄的、用以支撐操作人員行走的通道，通道的一側還安裝有攀爬梯，攀爬梯的尾部固定在所述的支撐座上。

本發明將拉伸試驗方法與彎曲試驗方法相結合，利用三個作動器和彎曲加載裝置在一臺試驗機上可實現拉伸、彎曲(三點彎曲、四點彎曲)、拉伸彎曲等多種疲勞試驗，有效的克服了現有實驗裝置存在的障礙，提高了試驗效率，節約了試驗成本。

附圖說明

圖1本發明整體結構示意圖；

圖2本發明側面圖；

圖3本發明底面支撐座結構圖；

圖4本發明支撐橫梁連接示意圖；

圖5本發明圓筒狀夾具結構示意圖；

圖6本發明推桿和移動橫梁連接示意圖；

圖7本發明移動端旋轉接頭連接示意圖；

圖8本發明拉伸端旋轉接頭連接示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明：

如圖1所示：一種臍帶纜拉伸彎曲力學複合試驗裝置，包括支撐框架1、安裝在支撐框架1上部的拉伸夾持系統2、安裝在支撐框架1下部的彎曲夾持系統3和用以收集處理來自拉伸夾持系統2與彎曲夾持系統3的試驗數據的控制器。

支撐框架1包括支撐立柱11和架設在支撐立柱上的支撐橫梁12，支撐立柱11和支撐橫梁12對稱設置成兩排，其中支撐立柱11下端連接有支撐座13；對稱設置的支撐橫梁12形成拉伸夾持系統2的拉伸軌道，拉伸夾持系統2安裝在兩組支撐橫梁12之間，支撐座13包括兩組對稱設置的底部橫梁131及固定底部橫梁131相對位置的三組H型鋼，並通過帶有螺栓的鋼筋預埋件固定在地面，並進行二次澆築進一步固定，支撐立柱11固定在底部橫梁131上。

其中，拉伸夾持系統2包括擺頭21、拉伸端旋轉接頭22、移動端旋轉接頭23、臍帶纜夾具24，拉伸端旋轉接頭22和移動端旋轉接頭23的頭部均通過銷釘連接擺頭21的一端，使得拉伸端旋轉接頭和移動端旋轉接頭均實現擺動功能，並且移動端旋轉接頭23上安裝有角位移傳感器，擺頭的另一端還固定連接有臍帶纜夾具24，其中臍帶纜夾具24採用現有的臍帶纜夾持試驗工具，移動端旋轉接頭23和拉伸端旋轉接頭22分別安裝在支撐橫梁12的左右兩側，拉伸端旋轉接頭22上連接固定有拉伸測量機構，拉伸測量機構包含通過螺釘固定在支撐橫梁上的磁滯位移傳感器，在拉伸端旋轉接頭22的尾部通過法蘭和螺釘連接有拉伸作動器221，其位移信息由拉伸測量機構進行測量並反饋至控制器，即通過拉伸測量機構包含的磁滯位移傳感器傳感器進行位移測量，拉伸作動器221的頭部還安裝有力傳感器，用以測量拉伸動作時的受力信息反饋至控制器，拉伸作動器221的外殼通過螺栓固定在兩組支撐橫梁12之間，且其尾部伸出支撐橫梁12形成的區域外；支撐橫梁12包括移動段和固定段，移動段橫梁的長度大於固定段橫梁的長度，之間通過螺栓固定連接，移動段的橫梁採用槽鋼，且兩組移動段橫梁的凹槽相對安裝，在凹槽的上下兩槽面上開設有若干銷孔121，移動端旋轉接頭23安裝在支撐橫梁12的凹槽內，且通過銷軸和銷孔121實現固定和位置的改變，以適應臍帶纜(試樣)的長度。

在拉伸夾持系統2中，擺頭21可以隨著臍帶纜彎曲變形而發生旋轉，而移動端旋轉接頭23利用角位移傳感器測量臍帶纜彎曲時的旋轉角度，並及時將數據傳送給控制器進行信息處理；拉伸端旋轉接頭22通過拉伸測量機構實現在支撐橫梁12中固定段的移動，拉伸測量機構中安裝的磁致伸縮位移傳感器，用以感知拉伸端旋轉接頭的位移(實質為臍帶纜試樣的拉伸長度)。

彎曲夾持系統3包括彎矩加載作動器31、移動橫梁32和推桿33，其中彎矩加載作動器31設有兩組，且對稱豎直放置，移動橫梁的兩端連接在彎矩加載作動器上，而移動橫梁32上還通過滑槽和滑軌的形式連接有推桿33，使得推桿33可以在移動橫梁32上通過外力實現滑動，以適應不同的試驗目的，如圖6所示，推桿33的底部設有滑槽332，移動橫梁32採用工字鋼型設計，但其頂邊為與滑槽相適應的滑軌321，推桿33的頂端安裝有圓筒狀夾具331，如圖5所示，圓筒狀夾具333包括兩個在外側邊緣通過螺栓固定連接的半圓弧，其中一組圓弧外側面設有一體結構的連接杆334，並由此連接杆通過法蘭盤與推桿頂端相連接；在支撐座13之間的地面上設有兩個用於放置彎矩加載作動器的預製孔311，因此彎曲夾持系統3位於對稱設置的支撐框架1之間，並與所述拉伸夾持系統2上下對應；預製孔311位於支撐座13的橫向對稱軸線上，兩預製孔311的位置在底部橫梁131左右兩端1/3處，且預製孔311的深度大於彎矩加載作動器31的長度。

彎矩加載作動器31通過自身的動作，實現移動橫梁32和推桿33的上下移動，其內部安裝的力傳感器和位移傳感器實時測量移動橫梁32的位移和受到的力值(實質為臍帶纜試樣的受力和因受力產生的彎曲變化)。

支撐立柱11與支撐座13之間、支撐立柱11與支撐橫梁12之間連接有起到加固作用的加固支杆14，為本發明的穩定性提供支撐。

支撐橫梁12的外側面設有水平安裝的帶有護欄的、用以支撐操作人員行走的通道122，通道的下端連接有加固支架123，其一側還安裝有攀爬梯124，攀爬梯124的尾部固定在所述的支撐座13上，操作人通過攀爬梯124進入通道122，進而在通道122上實施試樣相關的必要操作。拉伸疲勞試驗、三點彎曲疲勞試驗、四點彎曲疲勞試驗、拉伸彎曲疲勞試驗。

本發明，實現上述功能的方法以及操作方法如下：

拉伸疲勞試驗：臍帶纜固定在臍帶纜夾具上，臍帶纜夾具根據實驗及結構最大可實現10米長試件檢測，然後開啟拉伸作動器，預緊臍帶纜，設置拉伸作動器的加載參數，點擊試驗機控制系統啟動按鈕即可。待實驗結束，從試驗機控制器中讀取實驗數據。

三點彎曲疲勞試驗：調整彎矩加載作動器推桿高度，使得推桿上的圓筒夾具、臍帶纜夾具同軸，臍帶纜穿過推桿上的圓筒夾具固定在臍帶纜夾具上，開啟拉伸作動器，預緊臍帶纜，設置彎矩加載作動器的加載參數，點擊試驗機控制器啟動按鈕即可。待實驗結束，從試驗機控制系統中讀取實驗數據。

四點彎曲疲勞試驗：將兩根推桿安裝在移動橫梁上，調整彎矩加載作動器推桿高度，使得推桿上的圓筒夾具、臍帶纜夾具同軸，臍帶纜穿過兩個推桿上的圓筒夾具固定在臍帶纜夾具上，開啟拉伸作動器，預緊臍帶纜，調節兩根推桿的間距，設置彎矩加載作動器的加載參數，點擊試驗機控制系統啟動按鈕即可。待實驗結束，從試驗機控制系統中讀取實驗數據。

拉伸彎曲疲勞試驗：調整彎矩加載作動器推桿高度，使得推桿上的圓筒夾具、臍帶纜夾具同軸，臍帶纜穿過推桿上的圓筒夾具固定在臍帶纜夾具上，開啟拉伸作動器，預緊臍帶纜，調節推桿的位置，設置彎矩加載作動器、拉伸作動器的加載參數，點擊試驗機控制系統啟動按鈕即可。待實驗結束，從試驗機控制系統中讀取實驗數據。

上述實施例只是為了說明本發明的技術構思及特點，其目的是在於讓本領域內的普通技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡是根據本發明內容的實質所作出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍內。