CN102636396B - 双层管整体屈曲模拟实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层管整体屈曲模拟实验装置和方法。该实验装置包括底座、加载装置，固定装置和测量装置等。所述双层管由内管和间隔套设在内管之外的外管组成，其末端由固定装置固定；所述轴向加载装置，其可轴向滑动且连接在所述底座上；所述轴向加载装置与所述内管的前端连接；所述轴向加载装置与所述内管之间连接有压力传感器；两个侧向加载装置，其分别位于所述双层管的两侧，两个侧向加载装置错开设置。

Description

双层管整体屈曲模拟实验装置和方法

技术领域

本发明是有关于一种双层管整体屈曲模拟实验装置和方法。

背景技术

双层海底管道(pipe-in-pipe systems，亦称为双层管)一般由输送内管和保护外管构成，并在内外管层形成的环形空间中填充绝热材料以提升管道的保温性能。目前海洋油气开发高温输送的最主要结构形式是刚性连接的双层海底管道。受条件限制，在较深水域这类管道一般未作埋设而是直接铺设在海床上，此时完整的设计校核需要整体屈曲分析，但各船级社的现有规范并没有直接给出双层管道整体屈曲的直接分析方法，工程上各个管道项目的评估准则也不完全一致，且大多都是以计算校核为主，因此需要提供一种双层海底管道屈曲模型实验装置。

发明内容

本发明的目的是，提供一种双层管整体屈曲模拟实验装置，其可以验证双层管整体屈曲理论中提出的若干假设；还可以研究理想情况下双层管整体屈曲已有分析模型和方法的有效性，并为新理论和新方法的建立提供基础实验数据。

本发明的另一目的是，提供一种双层管整体屈曲模拟实验方法。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种双层管整体屈曲模拟实验装置，其包括：底座；双层管，其设置在底座上，所述双层管由内管和间隔套设在内管之外的外管组成，所述双层管的末端固定，所述内、外管的前端通过内外管耦合轴向加载装置连接，所述内管和外管上分别贴设有多组应变片；一个第二轴向加载装置，其可轴向滑动地连接在所述底座上，所述第二轴向加载装置与所述内管的前端连接，所述轴向加载装置与所述内管之间连接有压力传感器；两个侧向加载装置，其分别位于所述双层管的两侧，两个侧向加载装置错开设置。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，所述第二轴向加载装置包括：轴向加载底座，其连接在所述底座上；第一螺母座，其连接在所述轴向加载底座上；螺杆，其可转动地连接在所述第一螺母座上，且所述螺杆通过所述压力传感器与所述内管连接，所述内管在周向上固定；第一转盘，其连接在所述螺杆远离所述内管的一端。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，所述内外管耦合轴向加载装置包括连接板和分别连接在连接板两端的螺杆连接件；所述外管固定连接在所述连接板的中央位置，所述螺杆连接件具有螺杆件和固定件，螺杆件的一端固定连接固定件，另一端连接在连接板上，所述固定件的另一端与所述轴向加载底座固定连接。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，所述底座上对应所述轴向加载底座的两端位置处分别设有第一导杆，第一导杆与所述双层管平行；所述轴向加载底座的两端分别设有第一抱紧装置，第一抱紧装置可轴向移动地抱紧第一导杆。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，每个所述第一抱紧装置包括一个第一压板和两个第一卡板，所述第一压板压设在第一导杆上，两个第一卡板则分别连接在第一导杆的两侧，且每个第一卡板通过螺栓连接在第一压板的底面上。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，所述双层管的末端设有紧固组件，所述紧固组件包括抱箍、顶板、托板和两个第二抱紧装置，所述托板连接在两个第二抱紧装置之间，所述顶板垂直连接在托板的末端，所述底座上对应每个第二抱紧装置处分别设有第二导杆，第二导杆与所述双层管平行，所述第二抱紧装置抱紧连接第二导杆，所述双层管放置在所述托板上，并挡止于所述顶板；所述抱箍抱紧所述双层管，并连接在所述托板上。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，每个所述第二抱紧装置包括一个第二压板和两个第二卡板，所述托板连接在两个第二压板之间，且每个第二压板压设在第二导杆上，两个第二卡板则分别连接在第二导杆的两侧，且每个第二卡板通过螺栓连接在第二压板的底面上。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，所述底座上并在每个所述第二导杆的外侧分别设有与双层管平行的导轨，每个所述第二压板的底面设有卡头，所述卡头卡设在所述导轨上。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，每个所述侧向加载装置包括侧向加载底座，所述底座的两侧分别设有与所述双层管平行的滑轨，所述侧向加载底座可整体轴向移动地连接在所述滑轨上。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，每个所述侧向加载装置还包括：第二螺母座和支撑座，其分别连接在所述侧向加载底座的两端上；丝杠，其一端连接第二转盘，所述丝杠可转动地连接在所述第二螺母座上；光杆，其一端连接有推板，另一端通过接头连接所述丝杠，所述光杆周向固定，并可位移地连接在所述支撑座上，所述推板面对着所述双层管。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，每个所述侧向加载装置的底部设有卡头块，所述卡头块卡设在所述滑轨上。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，每个所述应变片包括灵敏应变片和温度补偿片。

如上所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，在所述内管和外管之间安装有垫圈。

本发明还提出了一种双层管整体屈曲模拟实验方法，其包括步骤：

A、提供底座，双层管和第二轴向加载装置，其中，双层管设置在底座上，所述双层管由内管和间隔套设在内管之外的外管组成，且双层管的末端固定，所述内管和/或外管上贴设有多组应变片；第二轴向加载装置可轴向滑动地连接在所述底座上，所述第二轴向加载装置与所述内管的前端连接，所述第二轴向加载装置与所述内管之间连接有压力传感器；

B、校准，使内管的初始轴力调整为零；

C、通过第二轴向加载装置缓慢地对双层管的内管加载，记录双层管的轴力，轴端位移和应变；

D、当第二轴向加载装置所施加的轴力到达第一临界轴力后，双层管发生正弦屈曲，保持第二轴向加载装置的施压，记录正弦屈曲发生时的轴力、轴端位移及各应变，同时记录该第一临界轴力；

E、每隔一定的加载力，记录轴力、轴端位移及各应变，观察双层管的正弦屈曲发展过程；

F、随着第二轴向加载装置施加的轴力逐渐加大，当该轴力到达第二临界轴力后，双层管发生螺旋屈曲，保持第二轴向加载装置的施压，此时记录螺旋屈曲发生时的轴力、轴端位移及各应变，同时记录该第二临界轴力；

G、每隔一定的加载力，记录轴力、轴端位移及各应变，观察双层管的螺旋屈曲发展过程；

H、使用侧向加载装置给双层管施加侧向位移，重复实验步骤A-G。

本发明的双层管整体屈曲模拟实验装置的特点和优点是：其可以验证双层管整体屈曲理论中提出的若干假设；还可以研究理想情况下双层管整体屈曲已有分析模型和方法的有效性，并为新理论和新方法的建立提供基础实验数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的立体示意图；

图2是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的俯视示意图；

图2A是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的局部放大示意图，以显示内外管耦合轴向加载装置；

图3是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的局部立体示意图一，以显示第二轴向加载装置；

图4是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的局部示意图二，以显示第二轴向加载装置中螺杆与第一转盘的连接关系；

图5是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的抱紧装置的示意图；

图6是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的螺杆与双层管的连接关系示意图；

图7是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的压力传感器的连接关系示意图；

图8是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的应变片布置示意图；

图9是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的侧向加载装置的俯视示意图；

图10是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的侧向加载装置的侧视示意图；

图11是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的另一实施例示意图，以显示压力传感器另一个设置位置；

图12是本发明实施例的双层管整体屈曲模拟实验装置的另一实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施方式一

如图1至图2所示，本发明实施例提出的双层管整体屈曲模拟实验装置，其包括底座1，双层管2，轴向加载装置（第二轴向加载装置）3和两个侧向加载装置4。双层管2设置在底座1上，所述双层管2由内管2a和间隔套设在内管2a之外的外管2b组成，所述双层管2的末端固定，所述内、外管2a、2b的前端通过内外管耦合轴向加载装置8连接，所述内管2a和外管2b上分别贴设有多组应变片2c，用于测量内、外管的应变。轴向加载装置3可轴向滑动地连接在所述底座1上，且与所述内管2a的前端连接，所述轴向加载装置3与所述内管2a之间连接有压力传感器5。两个侧向加载装置4分别位于所述双层管2的两侧，两个侧向加载装置4错开设置，即不在双层管2的同一轴向位置。

本发明实施例的实验装置，可以验证双层管整体屈曲理论中提出的若干假设；还可以研究理想情况下双层管整体屈曲已有分析模型和方法的有效性，并为新理论和新方法的建立提供基础实验数据。

其中，在本实施例中，压力传感器5放置在双层管2的外部，如此会使得双层管2的总长度较长，但安装方便。在另外一个实施例中，压力传感器5还可放置在双层管2的内部，如图11所示，如此使得双层管2的总长度会有所缩短（约1m），节约实验场，但由于外管2b管径限制，压力传感器5安装不方便，可以适用小体积的压力传感器5。

根据本发明的一个实施方式，所述轴向加载装置3包括轴向加载底座3a，第一螺母座3b，螺杆3c和第一转盘3d。轴向加载底座3a连接在所述底座1上；第一螺母座3b连接在所述轴向加载底座3a上；螺杆3c可转动地连接在所述第一螺母座3b上，且所述螺杆3c通过压力传感器5与所述内管2a连接，压力传感器5可用于测量螺杆3c施加在内管2a的轴力，内管2a在周向上固定，即内管2a并不转动；第一转盘3d连接在所述螺杆3c远离所述内管2a的一端。

如图2A所示，所述内外管耦合轴向加载装置8包括连接板8a和分别连接在连接板8a两端的螺杆连接件8b。所述外管2b固定连接在所述连接板8a的中央位置，所述螺杆连接件8b具有螺杆件8c和固定件8d，螺杆件8c的一端固定连接固定件8d，另一端连接在连接板8a上，所述固定件8d的另一端与轴向加载底座3a固定连接。其中，螺杆件8c的一端可在连接板8a上可轴向移动地固定，即通过螺母可调整连接板8a在螺杆件8c上的轴向位置。

本实施例在使用时，手动或电机驱动第一转盘3d，使螺杆3c在第一螺母座3b内转动，随着螺杆3c的逐步旋转，可对内管2a进行轴向施压，由于内、外管2a、2b的末端是固定在一起的，所以当内管2a受到轴向压力后，可以把载荷传给外管2b，通过内外管耦合轴向加载装置8可以保持外管2b受到拉力的作用，且内管2a和外管2b所受的力大小相等，该力可由压力传感器5测出。

如图6和图7所示，所述压力传感器5的两端分别设有第一接头5a和第二接头5b，第一接头5a用于连接螺杆3c，螺杆3c可在第一接头5a内转动，但压力传感器5并不随着螺杆3c的转动而转动，只是由于第一螺母座3b是固定设置的，使得螺杆3c在第一螺母座3b内转动过程中，会沿轴向移动；第二接头5b用于连接内管2a。

此外，轴向加载底座3a的位置可在底座1上调整，具体是，如图3所示，所述底座1上对应轴向加载底座3a的两端位置处分别设有第一导杆1a，第一导杆1a与双层管2平行；轴向加载底座3a的两端分别设有第一抱紧装置3e，第一抱紧装置3e可轴向移动地抱紧第一导杆1a而使轴向加载底座3a固定。其中，第一抱紧装置3e可通过螺丝3h连接在轴向加载底座3a上，如图3和图4所示。

进一步而言，每个第一抱紧装置3e包括一个第一压板3f和两个第一卡板3g，所述第一压板3f压设在第一导杆1a上，两个第一卡板3g则分别连接在第一导杆1a的两侧，即，两个第一卡板3g之间的距离与第一导杆1a的宽度大致相等，且每个第一卡板3g通过螺栓连接在第一压板3f的底面上。当需要固定轴向加载底座3a时，使第一导杆1a嵌设在两个第一卡板3g之间，并旋紧螺栓，使第一卡板3g固定在第一压板3f上，如此轴向加载底座3a在轴向和径向上均固定；当需要调整轴向加载底座3a的轴向位置时，旋松螺栓，使轴向加载底座3a沿着第一导杆1a轴向移动，待将轴向加载底座3a调整到合适的位置时，再旋紧螺栓即可。

根据本发明的一个实施方式，如图5所示，所述双层管2的末端设有紧固组件6，所述紧固组件6包括两个第二抱紧装置6a、抱箍6b、顶板6c和托板6d，所述托板6d连接在两个第二抱紧装置6a之间，所述顶板6c垂直连接在托板6d的末端，所述底座1上对应每个第二抱紧装置6a处分别设有第二导杆1b，第二导杆1b与双层管2平行，所述第二抱紧装置6a抱紧连接第二导杆1b，所述双层管2放置在托板6d上，并挡止于所述顶板6c；所述抱箍6b抱紧所述双层管2，并连接在所述托板6d上。其中，抱箍6b的上端呈弧形，其抱住或箍住双层管2，抱箍6b的下端可通过螺栓固定在托板6d上。本实施例在使用时，将第二抱紧装置6a安装在第二导杆1b的合适位置处，接着将双层管2的末端放置在托板6d上，且末端端面接触顶板6c，接着安装抱箍6b，如此使得双层管2的末端彻底固定。

具体是，每个第二抱紧装置6a包括一个第二压板6e和两个第二卡板6f，托板6d连接在两个第二压板6e之间，且每个第二压板6e压设在第二导杆1b上，两个第二卡板6e则分别连接在第二导杆1b的两侧，且每个第二卡板6e通过螺栓连接在第二压板6e的底面上。本实施例通过第二抱紧装置6a使得紧固组件6在底座1上固定不动。

进一步而言，所述底座1上并在每个所述第二导杆1b的外侧分别设有与双层管2平行的导轨1c，每个所述第二压板6e的底面设有卡头6g，所述卡头6g卡设在所述导轨1c上，所述卡头6g与导轨1c相配合，使该装置可更方便地进行轴向自由滑动，以此可对不同长度的双层管2进行实验。

根据本发明的一个实施方式，如图9和图10所示，每个所述侧向加载装置4包括侧向加载底座4a，所述底座1的两侧分别设有与所述双层管2平行的滑轨1d，所述侧向加载底座4a可整体轴向移动地连接在所述滑轨1d上。本实施例中，由于侧向加载底座4a可轴向移动，因此，使得侧向加载装置4可在双层管2的适当位置对双层管2进行侧向加载。

每个侧向加载装置4还包括第二螺母座4b、支撑座4c、丝杠4d和光杆4e。第二螺母座4b和支撑座4c分别连接在所述侧向加载底座4a的两端上；丝杠4d的一端连接第二转盘4f，且丝杠4d可转动地连接在所述第二螺母座4b上；光杆4e的一端连接有推板4g，另一端通过接头4h连接所述丝杠4d，所述光杆4e周向固定，即，光杆4e不会随着丝杠4d的转动而转动；所述光杆4e可位移地连接在支撑座4c上，所述推板4g面对着双层管2。

当需要侧向加载装置4对双层管2加载时，通过第二转盘4f例如顺时针方向旋转丝杠4d，由于第二螺母座4b是固定的，因此丝杠4d在第二螺母座4b转动的过程中，会在径向或横向（垂直于轴向的方向）上向双层管2移动，并带动光杆4e和推板4g一起向着双层管2移动，最终使推板4g顶抵在双层管2上，随着丝杠杆4d的继续转动，逐渐对双层管2施压。如果不需要侧向加载装置4加载时，通过第二转盘4f逆时针方向旋转丝杠4d，使得光杆4e和推板4g离开双层管2即可。

进一步而言，如图10所示，每个所述侧向加载装置4的底部设有卡头块4i，所述卡头块4i卡设在所述滑轨1d上。具体来说，所述卡头块4i的上部固定连接侧向加载底座4a，底部设有凹部4j，各凹部4j分别卡设在滑轨1d上。在轴向上拉或推动侧向加载装置4，可使其在轴向上移动。

如图2和图8所示，每组所述应变片2c包括灵敏应变片2d和温度补偿片2e。其中，灵敏应变片2d可垂直设置，温度补偿片2e可水平设置。在此处，自内管2a的一端始，每隔200mm配置应变片2c，在内管2a的反面亦可对应配置应变片2c。

双层管2的内管2a和外管2b均可由有机玻璃制成。

本发明实施例的实验装置中，其整个装置基本上是由螺栓、螺钉等连接，因此整个实验装置可以拆卸，便于运输。

本实施例的轴力加载的基本步骤流程如下：

A、首先，校准，使内管2a的初始轴力调整为零；

B、通过轴向加载装置3缓慢地对双层管2的内管2a加载，并可进行拍摄，以实时记录管线状态；

C、当轴向加载装置3所施加的轴力到达第一临界轴力后，双层管2发生正弦屈曲，保持轴向加载装置3的施压，记录正弦屈曲发生时的轴力、轴端位移及各应变，同时记录该第一临界轴力；其中，轴力可由压力传感器5读取；在第一螺母座3b上可设置刻度尺或刻度盘，通过刻度尺或刻度盘可获知螺杆3c的轴端位移；双层管2在此过程中所发生的各应变可由应变片2c读取；

D、每隔一定的加载力，记录轴力、轴端位移及各应变，观察双层管2的正弦屈曲发展过程；

E、随着轴向加载装置3施加的轴力逐渐加大，当该轴力到达第二临界轴力后，双层管2发生螺旋屈曲，保持轴向加载装置3的施压，此时记录螺旋屈曲发生时的轴力、轴端位移及各应变，同时记录该第二临界轴力；

F、每隔一定的加载力，记录轴力、轴端位移及各应变，观察双层管2螺旋屈曲发展过程；

G、使用侧向加载装置4给双层管2施加一定的侧向位移（相对于轴向发生的偏移），重复实验步骤A-F。

此外，在上述实验步骤G之后，还可以包括步骤H、选用不同管径，壁厚和长度的双层管重复实验步骤A-G，记录并整理数据。

通过上述步骤H中整理出的数据，可发展出双层管2的不同屈曲形态的轴力-位移曲线，轴力-最大接触应力曲线，以及不同屈曲形态的临界载荷、变形等的计算公式。

下面说明本发明实施例的实验装置在具体实验时的配置方案：

实验器材清单

实验按长度分为三组进行，每组实验有机玻璃管的配置如下：

编号	直径（mm）	壁厚(mm)	长度(m)	长细比
					1-0	50	2	6	120
1-1	40	2	6	150
					1-2	30	2	6	200
1-3	20	2	6	300
					2-0	50	2	4	80
2-1	40	2	4	100
					2-2	30	2	4	133
2-3	20	2	4	200
					3-0	50	2	2	40

3-1	40	2	2	50
					3-2	30	2	2	67
3-3	20	2	2	100

实验场地：8m*1m

实验数据采集内容及方法

数据采集贯穿整个实验过程，主要包括现象记录和数据采集：

1)基本实验现象记录：屈曲模型实验过程和现象拍摄。

2)基本数据采集：

实验数据处理

根据上述技术方案中完整的实验步骤采集到的数据，可以得出轴力和屈曲发展过程的关系，得到屈曲发展过程中的临界轴力，并绘制以下曲线：

●轴力-位移曲线；

●轴力-最大接触应力曲线；

本发明技术方案带来的有益效果是：由于双层海底管道在较深海域一般未作埋设而是直接铺设在海床上，这样双层管在这种情况下就比较容易发生整体屈曲。而通过这个双层管整体屈曲模拟实验装置不但可以验证双层管整体屈曲理论中提出的若干假设，以及研究理想情况下双层管整体屈曲已有分析模型和方法的有效性，并为新理论和新方法的建立提供基础实验数据，而且还可以研究管道初始挠度对管道整体屈曲的影响和垫圈间距和高度对管道整体屈曲的影响。为以后双层管在工程实践和实际应用中提供可靠地理论基础和评估准则。

实施方式二

本实施方式是在实施方式一的实验装置的基础上进行改造，即在内管2a和外管2b之间加装了垫圈7，如图12所示。

本实施方式的实验装置可用于验证垫圈的初始挠度的影响，其步骤流程与实施方式一的实验流程相同。

通过此实验装置，可以研究管道初始挠度对管道整体屈曲的影响，还可以研究垫圈间距和高度对管道整体屈曲的影响。

本具体实施方式的其他结构、工作原理和有益效果与实施方式一的相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (13)

1.一种双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，所述实验装置包括：

底座；

双层管，其设置在底座上，所述双层管由内管和间隔套设在内管之外的外管组成，所述双层管的末端固定，所述内、外管的前端通过内外管耦合轴向加载装置连接，所述内管和外管上分别贴设有多组应变片，所述内外管耦合轴向加载装置包括连接板和分别连接在连接板两端的螺杆连接件，所述外管固定连接在所述连接板的中央位置，所述螺杆连接件具有螺杆件和固定件，螺杆件的一端固定连接固定件，另一端连接在连接板上，所述固定件的另一端与所述轴向加载装置的轴向加载底座固定连接；

一个第二轴向加载装置，其可轴向滑动地连接在所述底座上，所述第二轴向加载装置与所述内管的前端连接，所述第二轴向加载装置与所述内管之间连接有压力传感器；

两个侧向加载装置，其分别位于所述双层管的两侧，两个侧向加载装置错开设置；

当所述内管受到轴向压力后，把载荷传给所述外管，通过所述内外管耦合轴向加载装置保持所述外管受到拉力的作用，且所述内管和外管所受的力大小相等，该力可由压力传感器测出。

2.根据权利要求1所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，所述第二轴向加载装置包括：

所述轴向加载底座，其连接在所述底座上；

第一螺母座，其连接在所述轴向加载底座上；

螺杆，其可转动地连接在所述第一螺母座上，且所述螺杆通过所述压力传感器与所述内管连接，所述内管在周向上固定；

第一转盘，其连接在所述螺杆远离所述内管的一端。

3.根据权利要求2所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，所述底座上对应所述轴向加载底座的两端位置处分别设有第一导杆，第一导杆与所述双层管平行；所述轴向加载底座的两端分别设有第一抱紧装置，第一抱紧装置可轴向移动地抱紧第一导杆。

4.根据权利要求3所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，每个所述第一抱紧装置包括一个第一压板和两个第一卡板，所述第一压板压设在第一导杆上，两个第一卡板则分别连接在第一导杆的两侧，且每个第一卡板通过螺栓连接在第一压板的底面上。

5.根据权利要求1所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，所述双层管的末端设有紧固组件，所述紧固组件包括抱箍、顶板、托板和两个第二抱紧装置，所述托板连接在两个第二抱紧装置之间，所述顶板垂直连接在托板的末端，所述底座上对应每个第二抱紧装置处分别设有第二导杆，第二导杆与所述双层管平行，所述第二抱紧装置抱紧连接第二导杆，所述双层管放置在所述托板上，并挡止于所述顶板；所述抱箍抱紧所述双层管，并连接在所述托板上。

6.根据权利要求5所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，每个所述第二抱紧装置包括一个第二压板和两个第二卡板，所述托板连接在两个第二压板之间，且每个第二压板压设在第二导杆上，两个第二卡板则分别连接在第二导杆的两侧，且每个第二卡板通过螺栓连接在第二压板的底面上。

7.根据权利要求6所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，所述底座上并在每个所述第二导杆的外侧分别设有与双层管平行的导轨，每个所述第二压板的底面设有卡头，所述卡头卡设在所述导轨上。

8.根据权利要求1所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，每个所述侧向加载装置包括侧向加载底座，所述底座的两侧分别设有与所述双层管平行的滑轨，所述侧向加载底座可整体轴向移动地连接在所述滑轨上。

9.根据权利要求8所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，每个所述侧向加载装置还包括：

第二螺母座和支撑座，其分别连接在所述侧向加载底座的两端上；

丝杠，其一端连接第二转盘，所述丝杠可转动地连接在所述第二螺母座上；

光杆，其一端连接有推板，另一端通过接头连接所述丝杠，所述光杆周向固定，并可位移地连接在所述支撑座上，所述推板面对着所述双层管。

10.根据权利要求9所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，每个所述侧向加载装置的底部设有卡头块，所述卡头块卡设在所述滑轨上。

11.根据权利要求1所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，每个所述应变片包括灵敏应变片和温度补偿片。

12.根据权利要求1所述的双层管整体屈曲模拟实验装置，其特征在于，在所述内管和外管之间安装有垫圈。

13.一种双层管整体屈曲模拟实验方法，其特征在于，所述实验方法包括步骤：

A、提供底座，双层管，第二轴向加载装置和内外管耦合轴向加载装置，其中，双层管设置在底座上，所述双层管由内管和间隔套设在内管之外的外管组成，且双层管的末端固定，所述内管和/或外管上贴设有多组应变片；第二轴向加载装置可轴向滑动地连接在所述底座上，所述第二轴向加载装置与所述内管的前端连接，所述第二轴向加载装置与所述内管之间连接有压力传感器，所述内、外管的前端通过内外管耦合轴向加载装置连接，所述内外管耦合轴向加载装置包括连接板和分别连接在连接板两端的螺杆连接件，所述外管固定连接在所述连接板的中央位置；

B、校准，使内管的初始轴力调整为零；

C、通过第二轴向加载装置缓慢地对双层管的内管加载，所述内管把载荷传给所述外管，通过所述内外管耦合轴向加载装置保持所述外管受到轴力的作用，且所述内管和外管所受的轴力大小相等，该轴力由所述压力传感器测出，以记录双层管的轴力，轴端位移和应变；

D、当第二轴向加载装置所施加的轴力到达第一临界轴力后，双层管发生正弦屈曲，保持第二轴向加载装置的施压，记录正弦屈曲发生时的轴力、轴端位移及各应变，同时记录该第一临界轴力；

E、每隔一定的加载力，记录轴力、轴端位移及各应变，观察双层管的正弦屈曲发展过程；

F、随着第二轴向加载装置施加的轴力逐渐加大，当该轴力到达第二临界轴力后，双层管发生螺旋屈曲，保持第二轴向加载装置的施压，此时记录螺旋屈曲发生时的轴力、轴端位移及各应变，同时记录该第二临界轴力；

G、每隔一定的加载力，记录轴力、轴端位移及各应变，观察双层管的螺旋屈曲发展过程；

H、使用侧向加载装置给双层管施加侧向位移，重复实验步骤A-G。

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