一種彎曲剛度測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于海纜、臍帶纜以及海底柔性管道的檢測技術(shù)，尤其是涉及的是一種海纜，臍帶纜，海洋柔性管道的彎曲剛度測試裝置。包括固定水平臺一、固定水平臺一，固定夾具一、固定夾具二、活動夾具、力臂一、力臂二、刻度尺、繩索、直線電機和力傳感器；固定夾具一、固定夾具二和力臂一與水平臺一固定連接，活動夾具通過萬向輪與水平臺二相接觸，測試樣品放置在固定夾具一、固定夾具二與活動夾具內(nèi)，在固定夾具二、活動夾具之間測試樣品的中點“O”處安裝刻度尺，力臂二與活動夾具固定連接，力臂二下方有一個與活動夾具同樣可調(diào)節(jié)的萬向輪，在力臂一和力臂二的相同刻度處通過繩索相連接，繩索上裝有拉動繩索的直線電機和測試?yán)Φ牧鞲衅鳌?br> 【專利說明】一種彎曲剛度測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海纜、臍帶纜以及海底柔性管道的檢測技術(shù)，尤其是涉及的是一種海纜，臍帶纜，海洋柔性管道的彎曲剛度測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海纜、臍帶纜、以及海底柔性管道是海洋電能和信號傳輸，油氣開發(fā)以及傳送的重要裝備。在安裝和在位運行過程中，海纜、臍帶纜以及海底柔性管道等在波浪海流等環(huán)境載荷的作用下會受到拉伸以及彎曲載荷的作用，因此海纜、臍帶纜、海底柔性管道等通常采用采用非黏結(jié)纏繞結(jié)構(gòu)，各構(gòu)件間可相互滑動，這樣可使得他們在獲得足夠拉伸強度的同時具有良好的彎曲柔性，滿足大變形應(yīng)用的需要。因此彎曲剛度是評價海纜、臍帶纜以及海底柔性管道的重要指標(biāo)。目前對于海纜、臍帶纜以及海底柔性管道等主要以測試?yán)煨阅転橹鳎⒂袕V泛認(rèn)可的測試標(biāo)準(zhǔn)和方法，但是對于其彎曲剛度的性能則明顯重視不夠，雖然國內(nèi)外已經(jīng)有許多測試常規(guī)材料的彎曲剛度的標(biāo)準(zhǔn)和方法，但是對于海纜、臍帶纜以及海底柔性管道等復(fù)雜系統(tǒng)，還缺乏統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，試驗裝置和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是針對目前測試海纜，臍帶纜以及海底柔性管道彎曲剛度測試方面的不足，提供一種彎曲剛度測試裝置，是一種直觀的，測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確以及使用簡便的海纜，臍帶纜以及海底柔性管道彎曲剛度的測試裝置。
[0004]本發(fā)明一種彎曲剛度測試裝置是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種彎曲剛度測試裝置包括固定水平臺一、固定水平臺二，固定夾具一、固定夾具二、活動夾具、力臂一、力臂二、刻度尺、繩索、直線電機和力傳感器。
[0005]整個彎曲測試裝置放置在固定水平臺一與固定水平臺二上，測試樣品在測試過程中處于水平狀態(tài)。固定夾具一、固定夾具二和力臂一與水平臺一固定連接，在測試過程中保持不動?；顒訆A具通過萬向輪與水平臺二相接觸，萬向輪與水平臺二之間保持光滑接觸。測試樣品放置在固定夾具一、固定夾具二與活動夾具內(nèi)，測試樣品在固定夾具一、固定夾具二與活動夾具內(nèi)不發(fā)生移動，可調(diào)節(jié)萬向輪的高度使測試樣品處于水平狀態(tài)。在固定夾具二、活動夾具之間測試樣品的中點“O”處安裝刻度尺，刻度尺固定在測試樣品上與樣品垂直，并使刻度尺處于水平狀態(tài)。力臂二與活動夾具固定連接，力臂二下方有一個與活動夾具同樣可調(diào)節(jié)的萬向輪，保證在測試過程中力臂二處于水平狀態(tài)，在測試過程中力臂一和力臂二不能發(fā)生明顯的彎曲變形，適宜用高強度鋼鐵或者合金材料構(gòu)成。在測試過程中測試樣品、力臂一和力臂二處于同一水平狀態(tài)。在力臂一和力臂二的相同刻度處通過繩索相連接，繩索上裝有拉動繩索的直線電機和測試?yán)Φ牧鞲衅鳌?br> [0006]所述的力臂一和力臂二采用高強度鋼鐵或者合金材料制成。
[0007]所述的繩索采用不可拉伸的鋼絲繩等。
[0008]本發(fā)明的具體測試方法如下: 首先將海纜、臍帶纜以及海底柔性管道等測試樣品放置在固定夾具一、固定夾具二、活動夾具內(nèi)，保持使樣品處于水平狀態(tài)并且使樣品不在夾具內(nèi)移動，測試固定夾具二、活動夾具內(nèi)的樣品長度BC=L。通過繩索將力臂二、力臂一相連接，保證力臂一和力臂二的受力長度相等，測試力臂的長度BD=CE=X。在未通過直線電機拉動繩索運動前，刻度尺和力傳感器的示數(shù)為O。運行直線電機，拉動繩索使樣品彎曲，同時測試固定夾具二、活動夾具點的距離BC=Z,樣品中心點O到直線BC的垂直距離OP=Y (即刻度尺的示數(shù))，力傳感器的示數(shù)F。
[0009]樣品BC在彎曲過程中為圓弧形，樣品中心點“O”處受到的彎矩M=FXc0S Θ +FY,樣品的彎曲半徑為R=MB=MC=M0=CP/sin Θ =Z/ (2sin Θ )。根據(jù)變形過程中的幾何關(guān)系cos Θ =Cos Z NMC= (Z2-4Y2) / (Z2+4Y2)，sin Θ =sin Z NMC=4YZ/ ( Z2+4Y2)。則可計算得到樣品的彎曲剛度為EI=MR,或作出M~l/R曲線，擬合得到彎曲剛度值。
[0010]本發(fā)明一種彎曲剛度測試裝置的有益效果是:
本發(fā)明一種彎曲剛度測試裝置設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡便，操作便利，能夠得到很精確的剛度數(shù)值，并能廣泛適用于柔性系統(tǒng)的測試，特別適用于海纜，臍帶纜，海洋柔性管道的彎曲剛度測試。
[0011]本發(fā)明通過樣品變形過程中拉力值和相關(guān)幾何參數(shù)的測量，通過計算可以得到樣品受到的彎矩值和彎曲半徑，進而計算出樣品的彎曲剛度值。測試設(shè)備結(jié)構(gòu)簡便，操作方便，并能得到精確的測量值，填補了目前海纜、臍帶纜以及海底柔性管道彎曲剛度測試的空白，并且能夠適用于不同尺寸的樣品，該裝置還可以推廣到各種柔性管道系統(tǒng)彎曲剛度的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
圖1是一種彎曲剛度測試裝置的主視圖。
[0013]圖2是一種彎曲剛度測試裝置的俯視圖。
[0014]圖3是一種彎曲剛度測試裝置的樣品測試過程中的俯視圖。
[0015]圖4是一種彎曲剛度測試裝置的樣品測試過程中樣品變形幾何描述圖形。
[0016]圖中序號名稱:1、固定夾具一，2、固定夾具二，3、活動夾具，4、刻度尺，5、固定水平臺一，6、固定水平臺二，7、萬向輪，8、測試樣品，9、力臂二，10、力臂一，11、力傳感器，12、直線電機,13、繩索。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，通過實施例對本發(fā)明進行具體描述。
[0018]如圖1所示，一種彎曲剛度測試裝置包括固定水平臺一 5、固定水平臺二 6，固定夾具一 1、固定夾具二 2、活動夾具3、力臂一 10、力臂二 9、刻度尺4、繩索13、直線電機12和測試?yán)Φ牧鞲衅?1。
[0019]彎曲剛度測試裝置放置在固定水平臺一 5和固定水平臺二 6上，在測試過程中保持測試樣品8時刻處于水平狀態(tài)，在固定水平臺一 5上固定連接安裝測試樣品的固定夾具一 I和固定夾具二 2，并且力臂一 10固定在水平臺一 5上，力臂一 10的方向與固定夾具一I和固定夾具二 2的軸線相互垂直?；顒訆A具3通過可調(diào)節(jié)高度的萬向輪7與固定水平臺二 6相接觸，測試過程中保持萬向輪7與水平臺光滑接觸，減少移動過程中萬向輪7受到的水平臺6的摩擦力。通過調(diào)節(jié)萬向輪7的高度使測試樣品8處于水平狀態(tài)。由圖2可知，力臂二 9與活動夾具3固定連接，并保持力臂二 9的方向與活動夾具3的軸線相互垂直。力臂二 9下方有一個與活動夾具3同樣可調(diào)節(jié)的萬向輪，保證在測試過程中力臂二 9處于水平狀態(tài)，在測試過程中力臂一 10和力臂二 9不能發(fā)生明顯的彎曲變形，適宜用高強度鋼鐵或者合金材料構(gòu)成。力臂二9通過可調(diào)節(jié)高度的萬向輪與夾具3保持相同的高度。測試樣品8安裝在固定夾具一 1、固定夾具二 2和活動夾具3內(nèi)，保持樣品在測試過程中不會發(fā)生移動或者轉(zhuǎn)動。在固定夾具二 2和活動夾具3的中點“O”處安裝水平刻度尺4，刻度尺4的方向與測試樣品8相垂直。在力臂二 9和力臂一 10等刻度處安裝不可伸長的繩索13，保證力臂二 9和力臂一 10的受力長度CE和BD相等，但可根據(jù)受力情況調(diào)節(jié)力臂長度X，在繩索上分別連接有直線電機12、測試?yán)Φ牧鞲衅?1。在測試過程中，保證測試樣品8，刻度尺4，力臂二 9和力臂一 10，以及繩索13處于同一水平面上。
[0020]所述的繩索13采用不可拉伸的鋼絲繩等。
[0021]所述的萬向輪與水平臺二之間保持光滑接觸。
[0022]所述的繩索13與力臂二 9的接觸點到測試樣品的長度與力臂一 10的接觸點到測試樣品的長度相等，即受力長度相等BD=CE。
[0023]所述的一種彎曲剛度測試裝置，在測試過程中測試樣品、力臂一、力臂二、刻度尺4，繩索13保持在一個水平面上，處于同一水平狀態(tài)。
[0024]所述的力臂二 9和力臂一 10采用高強度鋼或合金材料制作的抗彎曲變形的力臂。
[0025]所述的力傳感器11采用常規(guī)的市售測試?yán)Φ牧鞲衅鳌?br> [0026]所述的直線電機12采用常規(guī)的市售直線電機。
[0027]在安裝測試樣品8后(圖1和圖2),保證固定夾具一1，、固定夾具二 2和活動夾具3處于同一直線上，此時力臂二 9和力臂一 10，刻度尺4均與測試樣品8垂直，繩索13與測試樣品8平行。記錄測試樣品8的初始長度BC=L和力臂長度CE=BD=X,此時刻度尺和力傳感器的示數(shù)為O。如圖3所示，在測試過程中，通過直線電機12拉伸繩索13，繩索13帶動力臂9移動并使測試樣品8發(fā)生彎曲，在此過程中測試固定夾具二 2和活動夾具3之間的直線距離BC=Z,測試樣品8中心O到直線BC的垂直距離0Ρ=Υ，即刻度尺4的示數(shù)，力傳感器11的力值F。記錄不同時刻的上述Z(t)、Y(t)和F(t)值。
[0028]由圖4可知，變形過程中測試樣品8的形狀BC為圓弧形，力F對O點的有效力臂長度0Q=0P+PQ=Y+Xcos Θ，則O點受到的彎矩為M=F | OQ | =FXcos Θ +FY0圓弧的半徑 R=MB=MC=MO,由幾何關(guān)系可知，R=M0=MP+P0=Rcos Θ +Y，并且 CP=Z/2=MCsin Θ =Rsin Θ。綜上可得 cos Θ = (Z2-4Y2) / (Z2+4Y2), sin θ = =4ΥΖ/ ( Ζ2+4Υ2)，可求得圓弧的半徑 R=Z/(2sin θ )。則可計算得到測試樣品8的彎曲剛度EI=MR，或者我們得到彎矩與曲率的關(guān)系曲線:M (t) ^1/R (t)，通過擬合得到所需的彎曲剛度數(shù)值。
【權(quán)利要求】
1.一種彎曲剛度測試裝置，其特征在于:包括固定水平臺一、固定水平臺一，固定夾具一、固定夾具二、活動夾具、力臂一、力臂二、刻度尺、繩索、直線電機和力傳感器； 整個彎曲測試裝置放置在固定水平臺一與固定水平臺二上，測試樣品在測試過程中處于水平狀態(tài)，固定夾具一、固定夾具二和力臂一與水平臺一固定連接，在測試過程中保持不動，活動夾具通過萬向輪與水平臺二相接觸，測試樣品放置在固定夾具一、固定夾具二與活動夾具內(nèi)，測試樣品在固定夾具一、固定夾具二與活動夾具內(nèi)不發(fā)生移動，可調(diào)節(jié)萬向輪的高度使測試樣品處于水平狀態(tài)，在固定夾具二、活動夾具之間測試樣品的中點“O”處安裝刻度尺，刻度尺固定在測試樣品上與樣品垂直，并使刻度尺處于水平狀態(tài)，力臂二與活動夾具固定連接，力臂二下方有一個與活動夾具同樣可調(diào)節(jié)的萬向輪，保證在測試過程中力臂二處于水平狀態(tài)，在力臂一和力臂二的相同刻度處通過繩索相連接，繩索上裝有拉動繩索的直線電機和測試?yán)Φ牧鞲衅鳌?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲剛度測試裝置，其特征在于:所述的萬向輪與水平臺 之間保持光滑接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲剛度測試裝置，其特征在于:繩索與力臂二的接觸點到測試樣品的長度和與力臂一的接觸點到測試樣品的長度相等，即受力長度相等BD=CE。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲剛度測試裝置，其特征在于:在測試過程中測試樣品、力臂一、力臂二、刻度尺，繩索保持在一個水平面上，處于同一水平狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲剛度測試裝置，其特征在于:所述的繩索采用不可拉伸的鋼絲繩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彎曲剛度測試裝置，其特征在于:力臂二和力臂一采用高強度鋼或合金材料制作的抗彎曲變`形的力臂。
【文檔編號】G01N3/20GK103674730SQ201310705462
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】郭朝陽, 張建民, 謝書鴻, 蔡炳余, 薛建林 申請人:中天科技海纜有限公司