一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置，包括砧座，水平滑軌，位于所述水平滑軌上的齒條，推動(dòng)所述齒條沿所述水平滑軌運(yùn)動(dòng)的作動(dòng)器，與所述齒條配合的小齒輪，與所述小齒輪配合的大齒輪，固定所述大齒輪和所述小齒輪的齒輪固定架以及繩索，所述砧座包括弧板、固定所述弧板的管纜彎曲支撐板及支撐桁架結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開了一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)加載的過程中管纜由較大的曲率半徑逐漸連續(xù)過渡到較小的半徑，直到管纜鎧裝鋼絲達(dá)到屈服狀態(tài)。從而，確保試驗(yàn)可精確得到管纜的最小彎曲半徑。
【專利說明】
-種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置及 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種測(cè)試裝置和方法，具體地說是一種新型的海洋工程柔順性管纜最 小彎曲半徑測(cè)試裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)海洋油氣資源儲(chǔ)量豐富，且大多數(shù)分布于南海等深水海域。而海纜、廝帶纜W 及柔性管道等是深海油氣開采中不可或缺的裝備之一。運(yùn)類裝備可統(tǒng)稱為海洋柔順性管 纜，其結(jié)構(gòu)通常由相應(yīng)的功能構(gòu)件及加強(qiáng)構(gòu)件如鏈裝鋼絲等組成。針對(duì)不同的工程需求，應(yīng) 選用相應(yīng)功能的管纜;海纜主要負(fù)責(zé)為海底采油設(shè)備提供電能，廝帶纜主要提供水上浮體 與海底裝備之間電力、信號(hào)傳輸?shù)认嚓P(guān)功能，柔性管道主要負(fù)責(zé)裝備之間的油氣輸送。海洋 柔順性管纜在存儲(chǔ)運(yùn)輸、安裝鋪設(shè)和在位運(yùn)行等工況時(shí)，由于受到工作荷載、浮體運(yùn)動(dòng)和復(fù) 雜海洋環(huán)境等因素影響，容易造成多種力學(xué)行為失效。其中，當(dāng)荷載作用下的管纜的彎曲半 徑小于其最小彎曲半徑時(shí)，管纜的內(nèi)部功能及承力構(gòu)件將發(fā)生破壞，影響管纜功能的正常 運(yùn)行。因此，海洋工程管纜最小彎曲半徑是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。為了驗(yàn)證管纜產(chǎn)品最小彎 曲半徑是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而降低使用過程中發(fā)生彎曲破壞的概率，管纜服役前在實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)需要對(duì)其最小彎曲半徑進(jìn)行測(cè)試認(rèn)證。測(cè)量結(jié)果將作為重要的力學(xué)性能指標(biāo)。
[0003] 由于管纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜且種類繁多，不同種類的管纜其最小彎曲半徑相差很大，其變 化范圍通常為Im~4m。目前實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置主要針對(duì)特定半徑變化范圍（管纜最小 彎曲半徑附近)進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，并非適用于每種管纜，而且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)準(zhǔn)確地測(cè)量。根 據(jù)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，至今仍未有廠商生產(chǎn)該類試驗(yàn)機(jī)。因此，多數(shù)管纜生產(chǎn)廠家或研究機(jī)構(gòu)根 據(jù)測(cè)試對(duì)象采用自制的實(shí)驗(yàn)裝置來進(jìn)行最小彎曲半徑測(cè)試。
[0004] 依據(jù)實(shí)際工程需求，最小彎曲半徑常用于模擬海洋工程柔性管纜儲(chǔ)存于卷盤或卷 筒的狀態(tài)。因此最小彎曲半徑測(cè)試設(shè)備裝置需要包含模擬卷筒的設(shè)備，W及可W施加彎矩 使其發(fā)生彎曲變形的設(shè)備。除此W外，實(shí)驗(yàn)過程需要配置測(cè)量設(shè)備，如應(yīng)變片或傳感器等W 便提取管纜彎曲過程相關(guān)參數(shù)指標(biāo)（中間或直接物理量）。管纜最小彎曲半徑測(cè)試實(shí)驗(yàn)流程 通常按如下步驟:取樣、固定、布片、加載、測(cè)量和后處理模式展開。實(shí)驗(yàn)開始前要制定相應(yīng) 測(cè)試方案并對(duì)管纜樣品進(jìn)行選取，然后將待測(cè)試的管纜固定于試驗(yàn)架上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求在 測(cè)試位置進(jìn)行應(yīng)變片布置，并將其連接于數(shù)據(jù)采集設(shè)備。確保上述操作無誤后啟動(dòng)加載設(shè) 備，同時(shí)實(shí)時(shí)采集相關(guān)數(shù)據(jù)。最后，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并形成完善的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
[00化]已有技術(shù)存在的缺陷或問題
[0006] 目前實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用半圓形化座開展管纜最小彎曲半徑測(cè)試（圖1)，主要通過W下 步驟實(shí)現(xiàn)：
[0007] 1、理論估算待試驗(yàn)管纜Γ的最小彎曲半徑，或者參考成型產(chǎn)品最小彎曲半徑設(shè)計(jì) 值；
[0008] 2、將理論估算值(或設(shè)計(jì)值）與化座2'(圖2-圖4)上現(xiàn)有的彎曲半徑進(jìn)行比較，選 擇與其最接近的化座2'所能提供的較大彎曲半徑進(jìn)行測(cè)試，然后在相應(yīng)的孔桐穿插鐵棒并 通過螺栓固定；
[0009] 3、將管纜Γ放置于選定半徑的化座2'上，在其相應(yīng)位置處布置應(yīng)變片等并進(jìn)行調(diào) 試；
[0010] 4、通過手拉葫蘆3'及傳動(dòng)裝置將化座2'提起，同時(shí)將待試驗(yàn)管纜Γ兩端通過鏈條 牽引固定。隨著化座2'的逐漸升高，管纜Γ逐漸與化座2'貼合，直至完全貼合，記錄此時(shí)應(yīng) 變值；
[0011] 5、將該應(yīng)變值與構(gòu)件的許用應(yīng)變比較，通常情況下該值小于許用應(yīng)變，然后，將化 座2'的彎曲半徑調(diào)整到臨近較小值，繼續(xù)試驗(yàn)直到應(yīng)變值大于許用應(yīng)變。從而最終估計(jì)管 纜Γ的最小彎曲半徑取值范圍。
[0012] 該種實(shí)驗(yàn)裝置存在諸多缺點(diǎn)：
[0013] 1、化座能夠測(cè)量的管纜最小彎曲半徑具有小范圍跳躍性的缺點(diǎn)，只適用于某些管 纜最小彎曲半徑的測(cè)量，且測(cè)量結(jié)果不精確；
[0014] 2、依靠手拉葫蘆的加載方式，人工只能間歇式的施力；因而不能很好的控制加載 速度。同時(shí)，由于手拉葫蘆的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，每次施力后將會(huì)產(chǎn)生一定的回彈，其對(duì)后期數(shù)據(jù)處 理帶來了較大的不便；
[0015] 3、由于管纜兩端接頭采用鏈條牽引式固定，加載過程中會(huì)發(fā)生一定幅度的擺動(dòng)， 穩(wěn)定性差，增大了實(shí)驗(yàn)的誤差；
[0016] 4、整個(gè)試驗(yàn)操作需要多人協(xié)作才能完成，耗時(shí)、費(fèi)力；
[0017] 5、由于管纜試件需要跨過整個(gè)化座，因此，需要較長(zhǎng)的試件才能方便加載與操作， 造成實(shí)驗(yàn)樣品的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 針對(duì)W上問題，提出一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置及方 法。所述測(cè)試裝置設(shè)計(jì)了具有曲率半徑線性變化的弧板，同時(shí)采用作動(dòng)器代替手拉葫蘆的 方式進(jìn)行加載。該測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)能夠滿足絕大多數(shù)管纜最小彎曲半徑的測(cè)量。本發(fā)明采 用的技術(shù)手段如下：
[0019] -種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置，包括祐座冰平滑軌，位 于所述水平滑軌上的齒條，推動(dòng)所述齒條沿所述水平滑軌運(yùn)動(dòng)的作動(dòng)器，與所述齒條配合 的小齒輪，與所述小齒輪配合的大齒輪，固定所述大齒輪和所述小齒輪的齒輪固定架W及 繩索，
[0020] 所述化座包括弧板、固定所述弧板的管纜彎曲支撐板及支撐巧架結(jié)構(gòu)，
[0021] 所述大齒輪一側(cè)的齒輪端面具有與所述大齒輪同軸的圓柱形纏繞部，所述繩索的 一端固定在所述圓柱形纏繞部的側(cè)壁上，
[0022] 所述弧板的水平截面的外沿的曲率半徑呈線性變化，所述弧板的曲率半徑大的一 端與所述管纜彎曲支撐板固定連接，所述弧板上設(shè)有沿所述弧板彎曲方向延伸的水平通 孔，所述水平通孔延伸至所述管纜彎曲支撐板，所述管纜彎曲支撐板靠近所述弧板外沿的 一側(cè)設(shè)有接頭固定裝置，
[0023] 工作狀態(tài)下，非加載力時(shí)，所述管纜的一端通過管纜接頭與所述接頭固定裝置垂 直連接，所述繩索的另一端穿過所述水平通孔與所述管纜的自由端連接，所述繩索的中屯、 線與所述管纜的中屯、線位于同一水平面內(nèi)（即保證加載面始終保持在同一平面），所述管纜 在未彎曲時(shí)，所述管纜的固定端與所述水平通孔的開口處相切，
[0024] 加載力時(shí)，所述作動(dòng)器推動(dòng)所述齒條，所述齒條帶動(dòng)所述小齒輪，所述小齒輪帶動(dòng) 所述大齒輪，所述大齒輪旋轉(zhuǎn)使得所述繩索纏繞在所述圓柱形纏繞部的側(cè)壁上，所述繩索 拉動(dòng)所述管纜向所述水平通孔彎曲。
[0025] 所述弧板的水平截面的外沿上某點(diǎn)處的曲率半徑滿足W下公式：
[0026] p = -l. 5x+4,
[0027] 在所述弧板的水平截面所在水平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy，其中，所述弧板的水平 截面的外沿與所述管纜彎曲支撐板相交處為坐標(biāo)原點(diǎn)0,垂直于所述管纜彎曲支撐板且指 向所述弧板延伸方向?yàn)閄軸的正方向，平行于所述管纜彎曲支撐板且指向所述弧板彎曲方 向?yàn)閥軸正方向，P為所述弧板的水平截面的外沿上某點(diǎn)處的曲率半徑，X為所述弧板的水平 截面的外沿上某點(diǎn)在X軸上所對(duì)應(yīng)的值，0 < X < 2，x的范圍為本發(fā)明所建議的使用范圍。
[002引其中
，假定初始條件y (0) = 0，/ (0) = 0，利用MAPLE求解該微分方程，得到解析解為：
[0029]
[0030] 其中，i為虛數(shù)，t為積分變量，上述方程y(x)為所述弧板的水平截面的外沿的曲線 方程，所述弧板的水平截面的外沿根據(jù)上述方程y(x)得到的曲線進(jìn)行加工。
[0031] 所述齒輪固定架上設(shè)有兩條豎直設(shè)置的通槽，所述兩條通槽分別通過螺栓螺母與 固定板I和固定板Π 連接，所述固定板I通過齒輪軸I與所述大齒輪連接，所述固定板Π 通過 齒輪軸Π 與所述小齒輪連接。
[0032] 所述弧板位于所述水平通孔下方的板面上設(shè)有多個(gè)沿所述弧板彎曲方向排列的 管纜支撐桿連接孔，所述管纜支撐桿連接孔上設(shè)有支撐所述管纜保持水平的管纜支撐桿， 所述管纜支撐桿通過螺栓螺母與所述管纜支撐桿連接孔連接。
[0033] 為方便對(duì)多種管徑的管纜的測(cè)試，所述管纜支撐桿連接孔為豎直延伸的孔，方便 所述管纜支撐桿調(diào)整與所述管纜支撐桿連接孔的連接位置，進(jìn)而調(diào)整所述管纜支撐桿上沿 的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同管徑的管纜的支撐。
[0034] 所述大齒輪設(shè)有多個(gè)W所述大齒輪的軸線為軸均勻分布的孔I，所述孔I貫穿所述 大齒輪的齒輪端面和所述圓柱形纏繞部的端面，
[0035] 所述小齒輪設(shè)有多個(gè)W所述小齒輪的軸線為軸均勻分布的孔Π ，所述孔Π 貫穿所 述小齒輪的齒輪端面。
[0036] 所述檢測(cè)裝置還包括支撐臺(tái)，所述支撐臺(tái)上設(shè)有所述管纜彎曲支撐板和所述弧 板。
[0037] 所述弧板的上沿設(shè)有曲率半徑值。
[0038] 本發(fā)明還公開了一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試方法，其特征 在于具有如下步驟：
[0039] S1、設(shè)計(jì)如上述所述的一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置；
[0040] S2、將所述管纜的一端通過管纜接頭與所述接頭固定裝置垂直連接，所述管纜的 自由端與所述繩索連接，所述繩索穿過所述水平通孔，并纏繞在所述圓柱形纏繞部的側(cè)壁 上；
[0041] S3、在距離所述弧板最遠(yuǎn)的所述管纜的母線上開取多個(gè)密集排列的、能將所述管 纜內(nèi)部的鏈裝鋼絲漏出、并能容納應(yīng)變片的開口，通過膠水將所述應(yīng)變片粘結(jié)于所述鏈裝 鋼絲上，同時(shí)用膠帶將連接于所述應(yīng)變片的排線一端固定于所述管纜上，防止測(cè)試過程中 由于所述排線晃動(dòng)引起測(cè)試數(shù)據(jù)的波動(dòng)，所述排線另一端與采集系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變 數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸；
[0042] S4、通過對(duì)所述的一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置調(diào)整使 得所述繩索的中屯、線與所述管纜的中屯、線位于同一水平面內(nèi)，防止所述繩索拉伸過程中測(cè) 得的應(yīng)變值非最大應(yīng)變值，產(chǎn)生測(cè)量誤差，同時(shí)，使所述繩索始終處于張緊狀態(tài)，確保所述 測(cè)試裝置在實(shí)驗(yàn)過程中可平穩(wěn)運(yùn)行；
[0043] S5、通過所述作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)所述管纜進(jìn)行小幅度加載，分析采集的應(yīng)變隨時(shí)間變 化的曲線，完成對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行初步的調(diào)試，待達(dá)到測(cè)試要求后，分組開展實(shí)驗(yàn)；
[0044] S6、設(shè)定所述作動(dòng)器的推進(jìn)速度，通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述管纜的準(zhǔn)靜態(tài)加 載，隨著荷載的不斷增大，所述管纜逐漸向所述水平通孔彎曲，并逐漸緊貼所述弧板彎曲變 形，當(dāng)所述鏈裝鋼絲上某一所述應(yīng)變片的應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)，記錄此時(shí)所述管纜與所述 弧板的切合點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彎曲半徑；
[0045] S7、重復(fù)步驟S6，對(duì)多次測(cè)試得到的彎曲半徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及誤差分析，得到所述管纜 的最小彎曲半徑。
[0046] 所述步驟S1中，所述弧板的高度為0.8m，所述弧板的厚度為0.1 m，所述水平通孔的 中位線距離所述弧板下沿0.4m，所述水平通孔的寬為0.08m，一方面保證實(shí)驗(yàn)過程中所述繩 索能從所述水平通孔中穿過且不與所述弧板發(fā)生摩擦，另一方面盡量使所述水平通孔寬度 足夠小，減小開孔對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的影響，同時(shí)可減小實(shí)驗(yàn)過程中與所述水平通孔接觸的 所述管纜的應(yīng)力集中。所述水平通孔的靠近所述管纜的一側(cè)開口處具有倒圓角，W進(jìn)一步 避免應(yīng)力集中現(xiàn)象。
[0047] 所述步驟S1中，所述小齒輪和所述大齒輪通過常見管纜彎曲剛度進(jìn)行換算選定， 并減小單個(gè)齒的尺寸來滿足拉力施加時(shí)連續(xù)變化的要求。
[0048] 本發(fā)明具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0049] 1、相比于原彎曲半徑間隙跳躍的化座，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一具有曲率半徑線性變化 的弧板代替現(xiàn)有化座，實(shí)現(xiàn)加載的過程中管纜由較大的曲率半徑逐漸連續(xù)過渡到較小的半 徑，直到管纜鏈裝鋼絲達(dá)到屈服狀態(tài)。從而，確保試驗(yàn)可精確得到管纜的最小彎曲半徑。
[0050] 2、弧板內(nèi)沿設(shè)置巧架，保證了弧板自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度要求，實(shí)現(xiàn)大口徑管纜的 加載測(cè)試需求。
[0051] 3、弧板上設(shè)有沿弧板彎曲方向延伸的水平通孔，繩索從中穿過并對(duì)管纜加載，使 加載更加靈活、方便，且保證加載面始終保持同一平面。
[0052] 4、相比于手拉葫蘆加載，本發(fā)明通過作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)齒條來完成大、小齒輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn) 而通過繩索牽動(dòng)管纜的自由端實(shí)現(xiàn)彎矩的加載，運(yùn)種加載方式更加方便、省力且便于控制。
[0053] 5、相比半圓形化座測(cè)試方法，本發(fā)明僅需要原來管纜試件長(zhǎng)度的一半便可滿足測(cè) 量要求，節(jié)省了樣品消耗。
[0054] 6、通過大、小齒輪(兩級(jí)齒輪)放大作動(dòng)器行程，從而實(shí)現(xiàn)管纜自由端產(chǎn)生較大的 位移，實(shí)現(xiàn)較大范圍的彎曲曲率半徑變化從而準(zhǔn)確確定最小彎曲半徑值。
[0055] 7、對(duì)齒輪的加工時(shí)，可W對(duì)齒寬、齒厚等一系列參數(shù)進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，從而使管纜最 小彎曲半徑測(cè)試實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)加載，保證實(shí)驗(yàn)測(cè)量的精度。
[0056] 8、通過孔I和孔Π 的設(shè)置，節(jié)省材料同時(shí)也保證了大、小齒輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0057] 9、相比原實(shí)驗(yàn)裝置，極大的減少了人員安排，實(shí)驗(yàn)成本更加低廉。
[005引基于上述理由本發(fā)明可在性能測(cè)試等領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0059] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0060] 圖1是現(xiàn)有試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0061 ]圖2是現(xiàn)有試驗(yàn)裝置的化座的主視圖。
[0062] 圖3是圖2的左視圖。
[0063] 圖4是圖2的俯視圖。
[0064] 圖5是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè) 試裝置的空間結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065] 圖6是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè) 試裝置的主視圖。
[0066] 圖7是圖6的左視圖。
[0067] 圖8是圖6的俯視圖。
[0068] 圖9是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中大齒輪的主視圖。
[0069] 圖10是圖9的左視圖。
[0070] 圖11是圖10的俯視圖。
[0071] 圖12是本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中化座的示意圖。
[0072] 圖13是圖12的左視圖。
[0073] 圖14是圖12的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0074] 實(shí)施例1
[0075] 如圖5-圖14所示，一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置，
[0076] 包括化座，水平滑軌2,位于所述水平滑軌2上的齒條3,推動(dòng)所述齒條3沿所述水平 滑軌2運(yùn)動(dòng)的作動(dòng)器4，與所述齒條3配合的小齒輪5，與所述小齒輪5配合的大齒輪6，固定所 述大齒輪6和所述小齒輪5的齒輪固定架7W及繩索9，
[0077] 所述化座包括弧板1、固定所述弧板1的管纜彎曲支撐板8及支撐巧架結(jié)構(gòu)20，
[0078] 所述大齒輪6-側(cè)的齒輪端面具有與所述大齒輪6同軸的圓柱形纏繞部10,所述繩 索9的一端固定在所述圓柱形纏繞部10的側(cè)壁上，
[0079] 所述弧板1的水平截面的外沿的曲率半徑呈線性變化，所述弧板1的曲率半徑大的 一端與所述管纜彎曲支撐板8固定連接，所述弧板1上設(shè)有沿所述弧板1彎曲方向延伸的水 平通孔11，所述水平通孔11延伸至所述管纜彎曲支撐板8，所述管纜彎曲支撐板8靠近所述 弧板1外沿的一側(cè)設(shè)有接頭固定裝置12，
[0080] 工作狀態(tài)下，非加載力時(shí)，所述管纜13的一端通過管纜接頭與所述接頭固定裝置 12垂直連接，所述繩索9的另一端穿過所述水平通孔11與所述管纜13的自由端連接，所述繩 索9的中屯、線與所述管纜13的中屯、線位于同一水平面內(nèi)，所述管纜13在未彎曲時(shí)，所述管纜 13的固定端與所述水平通孔11的開口處相切，
[0081] 加載力時(shí)，所述作動(dòng)器4推動(dòng)所述齒條3,所述齒條3帶動(dòng)所述小齒輪5,所述小齒輪 5帶動(dòng)所述大齒輪6,所述大齒輪6旋轉(zhuǎn)使得所述繩索9纏繞在所述圓柱形纏繞部10的側(cè)壁 上，所述繩索財(cái)立動(dòng)所述管纜13向所述水平通孔11彎曲。
[0082] 所述弧板1的水平截面的外沿上某點(diǎn)處的曲率半徑滿足W下公式：
[0083] p = -l. 5x+4,
[0084] 在所述弧板1的水平截面所在水平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系xOy，其中，所述弧板1的水 平截面的外沿與所述管纜彎曲支撐板8相交處為坐標(biāo)原點(diǎn)0,垂直于所述管纜彎曲支撐板8 且指向所述弧板1延伸方向?yàn)閄軸的正方向，平行于所述管纜彎曲支撐板8且指向所述弧板1 彎曲方向?yàn)閥軸正方向，P為所述弧板1的水平截面的外沿上某點(diǎn)處的曲率半徑，X為所述弧 板1的水平截面的外沿上某點(diǎn)在X軸上所對(duì)應(yīng)的值，0含X < 2。
[0085] 所述齒輪固定架7上設(shè)有兩條豎直設(shè)置的通槽15,所述兩條通槽15分別通過螺栓 螺母與固定板116和固定板Π 17連接，所述固定板116通過齒輪軸118與所述大齒輪6連接， 所述固定板Π 17通過齒輪軸Π 19與所述小齒輪5連接。
[0086] 所述弧板1位于所述水平通孔11下方的板面上設(shè)有多個(gè)沿所述弧板1彎曲方向排 列的管纜支撐桿連接孔21，所述管纜支撐桿連接孔21上設(shè)有支撐所述管纜13保持水平的管 纜支撐桿22,所述管纜支撐桿22通過螺栓螺母與所述管纜支撐桿連接孔21連接。
[0087] 所述大齒輪6設(shè)有多個(gè)W所述大齒輪6的軸線為軸均勻分布的孔123,所述孔123貫 穿所述大齒輪6的齒輪端面和所述圓柱形纏繞部10的端面，
[0088] 所述小齒輪5設(shè)有多個(gè)W所述小齒輪5的軸線為軸均勻分布的孔Π 24,所述孔Π 24 貫穿所述小齒輪5的齒輪端面。
[0089] 所述檢測(cè)裝置還包括支撐臺(tái)14,所述支撐臺(tái)14上設(shè)有所述管纜彎曲支撐板8和所 述弧板1。
[0090] 所述弧板1的上沿設(shè)有曲率半徑值。
[0091] 實(shí)施例2
[0092] -種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試方法，具有如下步驟：
[0093] S1、設(shè)計(jì)如實(shí)施例1所述的一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝 置；
[0094] S2、將所述管纜13的一端通過管纜接頭與所述接頭固定裝置12垂直連接，所述管 纜13的自由端與所述繩索9連接，所述繩索9穿過所述水平通孔11，并纏繞在所述圓柱形纏 繞部10的側(cè)壁上；
[00M] S3、在距離所述弧板1最遠(yuǎn)的所述管纜13的母線上開取多個(gè)密集排列的、能將所述 管纜13內(nèi)部的鏈裝鋼絲漏出、并能容納應(yīng)變片的開口，通過膠水將所述應(yīng)變片粘結(jié)于所述 鏈裝鋼絲上，同時(shí)用膠帶將連接于所述應(yīng)變片的排線一端固定于所述管纜13上，所述排線 另一端與采集系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸；
[0096] S4、通過對(duì)所述的一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置調(diào)整使 得所述繩索9的中屯、線與所述管纜13的中屯、線位于同一水平面內(nèi)，同時(shí)，使所述繩索9始終 處于張緊狀態(tài)；
[0097] S5、通過所述作動(dòng)器4驅(qū)動(dòng)對(duì)所述管纜13進(jìn)行小幅度加載，分析采集的應(yīng)變隨時(shí)間 變化的曲線，完成對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行初步的調(diào)試，待達(dá)到測(cè)試要求后，分組開展實(shí)驗(yàn)；
[0098] S6、設(shè)定所述作動(dòng)器4的推進(jìn)速度，通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述管纜13的準(zhǔn)靜態(tài) 加載，隨著荷載的不斷增大，所述管纜13逐漸向所述水平通孔11彎曲，并逐漸緊貼所述弧板 1彎曲變形，當(dāng)所述鏈裝鋼絲上某一所述應(yīng)變片的應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)，記錄此時(shí)所述管纜 13與所述弧板1的切合點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彎曲半徑；
[0099] S7、重復(fù)步驟S6，對(duì)多次測(cè)試得到的彎曲半徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及誤差分析，得到所述管纜 13的最小彎曲半徑。
[0100] 所述步驟S1中，所述弧板1的高度為0.8m，所述弧板1的厚度為O.lm，所述水平通孔 11的中位線距離所述弧板1下沿0.4m，所述水平通孔11的寬為0.08m。
[0101] 所述步驟S1中，所述小齒輪5和所述大齒輪6通過常見管纜彎曲剛度進(jìn)行換算選 定，并減小單個(gè)齒的尺寸來滿足拉力施加時(shí)連續(xù)變化的要求。
[0102] W上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其 發(fā)明構(gòu)思加 W等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置，其特征在于:包括砧座，水 平滑軌，位于所述水平滑軌上的齒條，推動(dòng)所述齒條沿所述水平滑軌運(yùn)動(dòng)的作動(dòng)器，與所述 齒條配合的小齒輪，與所述小齒輪配合的大齒輪，固定所述大齒輪和所述小齒輪的齒輪固 定架以及繩索， 所述砧座包括弧板、固定所述弧板的管纜彎曲支撐板及支撐桁架結(jié)構(gòu)， 所述大齒輪一側(cè)的齒輪端面具有與所述大齒輪同軸的圓柱形纏繞部，所述繩索的一端 固定在所述圓柱形纏繞部的側(cè)壁上， 所述弧板的水平截面的外沿的曲率半徑呈線性變化，所述弧板的曲率半徑大的一端與 所述管纜彎曲支撐板固定連接，所述弧板上設(shè)有沿所述弧板彎曲方向延伸的水平通孔，所 述水平通孔延伸至所述管纜彎曲支撐板，所述管纜彎曲支撐板靠近所述弧板外沿的一側(cè)設(shè) 有接頭固定裝置， 工作狀態(tài)下，非加載力時(shí)，所述管纜的一端通過管纜接頭與所述接頭固定裝置垂直連 接，所述繩索的另一端穿過所述水平通孔與所述管纜的自由端連接，所述繩索的中心線與 所述管纜的中心線位于同一水平面內(nèi)，所述管纜在未彎曲時(shí)，所述管纜的固定端與所述水 平通孔的開口處相切， 加載力時(shí)，所述作動(dòng)器推動(dòng)所述齒條，所述齒條帶動(dòng)所述小齒輪，所述小齒輪帶動(dòng)所述 大齒輪，所述大齒輪旋轉(zhuǎn)使得所述繩索纏繞在所述圓柱形纏繞部的側(cè)壁上，所述繩索拉動(dòng) 所述管纜向所述水平通孔彎曲。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述弧板的水平截面的外沿上某點(diǎn)處 的曲率半徑滿足以下公式： P = -l .5x+4? 在所述弧板的水平截面所在水平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系x〇y，其中，所述弧板的水平截面 的外沿與所述管纜彎曲支撐板相交處為坐標(biāo)原點(diǎn)〇,垂直于所述管纜彎曲支撐板且指向所 述弧板延伸方向?yàn)閄軸的正方向，平行于所述管纜彎曲支撐板且指向所述弧板彎曲方向?yàn)閥 軸正方向，p為所述弧板的水平截面的外沿上某點(diǎn)處的曲率半徑，X為所述弧板的水平截面 的外沿上某點(diǎn)在X軸上所對(duì)應(yīng)的值，0 < X < 2。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述齒輪固定架上設(shè)有兩條豎直設(shè)置 的通槽，所述兩條通槽分別通過螺栓螺母與固定板I和固定板Π 連接，所述固定板I通過齒 輪軸I與所述大齒輪連接，所述固定板Π 通過齒輪軸Π 與所述小齒輪連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述弧板位于所述水平通孔下方的板 面上設(shè)有多個(gè)沿所述弧板彎曲方向排列的管纜支撐桿連接孔，所述管纜支撐桿連接孔上設(shè) 有支撐所述管纜保持水平的管纜支撐桿，所述管纜支撐桿通過螺栓螺母與所述管纜支撐桿 連接孔連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述大齒輪設(shè)有多個(gè)以所述大齒輪的 軸線為軸均勻分布的孔I，所述孔I貫穿所述大齒輪的齒輪端面和所述圓柱形纏繞部的端 面， 所述小齒輪設(shè)有多個(gè)以所述小齒輪的軸線為軸均勻分布的孔Π ，所述孔Π 貫穿所述小 齒輪的齒輪端面。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述檢測(cè)裝置還包括支撐臺(tái)，所述支 撐臺(tái)上設(shè)有所述管纜彎曲支撐板和所述弧板。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試裝置，其特征在于:所述弧板的上沿設(shè)有曲率半徑值。8. -種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試方法，其特征在于具有如下步 驟： 51、 設(shè)計(jì)如權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎 曲半徑測(cè)試裝置； 52、 將所述管纜的一端通過管纜接頭與所述接頭固定裝置垂直連接，所述管纜的自由 端與所述繩索連接，所述繩索穿過所述水平通孔，并纏繞在所述圓柱形纏繞部的側(cè)壁上； 53、 在距離所述弧板最遠(yuǎn)的所述管纜的母線上開取多個(gè)密集排列的、能將所述管纜內(nèi) 部的鎧裝鋼絲漏出、并能容納應(yīng)變片的開口，通過膠水將所述應(yīng)變片粘結(jié)于所述鎧裝鋼絲 上，同時(shí)用膠帶將連接于所述應(yīng)變片的排線一端固定于所述管纜上，所述排線另一端與采 集系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸； 54、 通過對(duì)所述的一種新型的海洋工程柔順性管纜最小彎曲半徑測(cè)試裝置調(diào)整使得所 述繩索的中心線與所述管纜的中心線位于同一水平面內(nèi)，同時(shí)，使所述繩索始終處于張緊 狀態(tài)； 55、 通過所述作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)所述管纜進(jìn)行小幅度加載，分析采集的應(yīng)變隨時(shí)間變化的 曲線，完成對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行初步的調(diào)試，待達(dá)到測(cè)試要求后，分組開展實(shí)驗(yàn)； 56、 設(shè)定所述作動(dòng)器的推進(jìn)速度，通過齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述管纜的準(zhǔn)靜態(tài)加載，隨 著荷載的不斷增大，所述管纜逐漸向所述水平通孔彎曲，并逐漸緊貼所述弧板彎曲變形，當(dāng) 所述鎧裝鋼絲上某一所述應(yīng)變片的應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)，記錄此時(shí)所述管纜與所述弧板的 切合點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彎曲半徑； 57、 重復(fù)步驟S6,對(duì)多次測(cè)試得到的彎曲半徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及誤差分析，得到所述管纜的最 小彎曲半徑。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述步驟S1中，所述弧板的高度為0.8m，所 述弧板的厚度為0.1m，所述水平通孔的中位線距離所述弧板下沿0.4m，所述水平通孔的寬 為0.08m。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述步驟S1中，所述小齒輪和所述大齒輪 通過常見管纜彎曲剛度進(jìn)行換算選定，并減小單個(gè)齒的尺寸來滿足拉力施加時(shí)連續(xù)變化的 要求。
【文檔編號(hào)】G01B5/20GK105823398SQ201610308839
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】楊鈺城, 楊志勛, 閻軍, 盧青針, 尹原超, 岳前進(jìn), 陳金龍, 吳尚華
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)