CN104181032A - 一种拉扭耦合刚度测试装置 - Google Patents

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郭朝阳
蔡炳余
张建民
蔡卫兵
谢书鸿
薛建林
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Abstract

本发明公开了一种拉扭耦合刚度测试装置，包括水平台，所述水平台上放置有样品，所述样品上安装有引伸计，所述样品的一端连接有拉伸夹具，所述拉伸夹具通过扭矩传感器连接有拉力机，所述样品的另一端连接有旋转夹具，所述旋转夹具上安装有测角仪，所述旋转夹具自由转动或由安装的旋转电机驱动转动。本测试装置通过测试样品受到的拉力，扭矩，变形量和旋转角度，通过计算机记录瞬时试验曲线，可以很方便的得到样品的拉扭耦合刚度值，设备简便，操作方便，并且测量精确，能够有效地进行拉扭耦合刚度的测试，并可推广到类似结构的刚度测量。

Description

一种拉扭耦合刚度测试装置
技术领域
    本发明属于海洋管线系统检测技术，尤其是涉及一种海缆，脐带缆，海洋柔性管道等拉扭耦合刚度测试装置和方法。 
背景技术
随着对海洋工程的大力投入，海缆、脐带缆以及海底柔性管道等海洋管线系统取得大力的发展。海缆、脐带缆以及海底柔性管道作为水下生产系统或者水下生产系统与水上附体之间连接的重要装备，在能量、信息、物质传递方面发挥重要作用。而海洋恶劣的环境对海洋管线系统的性能也提出更高的要求。 
在安装和运行过程中，海缆、脐带缆以及海底柔性管道等在波浪海流等环境载荷的作用下会受到拉伸以及扭转载荷的作用。海缆、脐带缆以及海底柔性管道各构件之间大多采用非粘结螺旋缠绕结果，因此拉伸和扭转作用之间存在耦合关系，即拉伸作用常常伴随着扭转发生，而扭转运动又伴随着海缆的伸缩。极端的拉伸和扭转作用对海洋管线系统的性能产生极大的影响，甚至造成性能失效。为了保证海洋管线系统的正常工作，在其设计过程中要保证其刚度满足一定的要求。 
由于结构的复杂性和非线性，作为评价海缆、脐带缆以及海洋柔性管道系统的重要指标，对拉扭耦合刚度的认识仍有很大的不足，目前还缺乏统一的拉扭耦合刚度测试标准，试验装置和方法。 
发明内容
发明目的：本发明针对目前测试海缆，脐带缆以及海底柔性管道等海洋管线系统拉扭耦合刚度测试方面的不足，设计一种直观的，测试数据准确以及使用简便的海缆，脐带缆以及海底柔性管道等海洋管线系统用的拉扭耦合刚度测试装置以及相应的测试方法。 
技术方案：本发明所述的一种拉扭耦合刚度测试装置，包括水平台，所述水平台上放置有样品，所述样品上安装有引伸计，所述样品的一端连接有拉伸夹具，所述拉伸夹具通过扭矩传感器连接有拉力机，所述样品的另一端连接有旋转夹具，所述旋转夹具上安装有测角仪。 
作为优化，所述旋转夹具连接有旋转电机，所述旋转夹具和旋转电机与支座相连。
作为优选，所述样品为海缆、脐带缆或者海洋柔性管道等海洋管线。 
作为优化，所述旋转夹具自由转动或由旋转电机驱动转动。 
作为优化，该装置中的拉力机、扭矩传感器、引伸计、测角仪和旋转电机均与计算机相连接。 
有益效果：本测试装置通过测试样品受到的拉力，扭矩，变形量和旋转角度，通过计算机记录瞬时试验曲线，可以很方便地得到样品的拉扭耦合刚度值，设备简便，操作方便，并且测量精确，能够有效地进行拉扭耦合刚度的测试，并可推广到类似结构的刚度测量。 
附图说明
    图1为本发明的安装结构示意图。 
具体实施方式
如图1所示的一种拉扭耦合刚度测试装置，包括拉力机1、扭矩传感器2、拉伸夹具3、引伸计4、测角仪5、旋转夹具6、旋转电机7、支座8和水平台10构成。拉力机1通过扭矩传感器2与拉伸夹具3相连接。拉伸夹具3只可伸缩运动不可旋转运动。样品9（海缆，脐带缆或者海洋柔性管道等）放置在水平台10上，上面安装有测试样品9变形量的引伸计4。样品9两端分别与拉伸夹具3和旋转夹具6相连接。旋转夹具6可旋转运动但不可伸缩运动，旋转夹具6上安装有测角仪5，可以测量旋转夹具的旋转角度。可通过旋转电机7控制旋转夹具6的运动，也可使旋转夹具6与旋转电机7分离，使旋转夹自由旋转。旋转电机7和旋转夹具与支座8相连。在测试过程中，调节水平台10的高度，保证样品始终处于水平状态。拉力机1、扭矩传感器2、引伸计4、测角仪5和旋转电机7都与计算机相连接。 
具体测试原理与测试方法如下： 
对于海缆、脐带缆以及海洋柔性管道等细长柔性体，拉伸和扭转时耦合在一起的，其动力学方程为
其中F为拉力，M为施加扭矩，K11为拉伸刚度，K22为扭转刚度，K12，K21为拉扭耦合刚度，ΔL为缆的变形量，Δ为旋转角度，L为样品的总长度。为了得到耦合刚度K12和K21，首先需要测量得到拉伸刚度K11和扭转刚度K22。由上述方程可知，当样品两端固定，即Δ=0时，可以通过拉力F和变形量ΔL得到拉伸刚度K11；当样品保持自由长度，通过扭矩M和旋转角度Δ可得到扭转刚度K22。具体测试方法如下：
1、旋转夹具6与样品9固接，并保证旋转夹具6保持不动，通过拉力机1拉伸样品9，拉力线性增加到一个固定值F，通过计算机采集拉力机1输出的拉力值F和引伸计4测定的样品变形量x。则计算得到样品的拉伸刚度为K11=FL/x，或者通过数值拟合F～x/L曲线，得到其斜率即为K11；
2、将样品9保持自然长度L且不施加拉力，通过旋转电机7对样品9施加扭矩M，通过测角仪5得到样品的旋转角度，则可得到扭矩M随旋转角度的变化曲线，则计算得到样品的扭转刚度为K22=ML/，或者通过数值拟合M～ /L曲线，得到其斜率即为K22；
3、保持旋转夹具6与旋转电机7分离，呈可自由旋转状态，拉力机1对样品9施加固定拉力F，通过引伸计4得到样品的变形量y和通过测角仪5得到样品9的旋转角度为θ，则样品拉扭耦合刚度为K12=FL/θ-yK11/θ，或者通过数值拟合得到K12；
4、保持旋转夹具6与样品9固接，拉力机1对样品施加固定力值F并保持，通过旋转电机7扭转样品9，通过引伸计4测定样品9变形为z和通过测角仪5测定样品转动角度为ψ，则样品的拉扭耦合刚度为K21=ML/z-ψK22/z，或者通过数值拟合得到K21。
通过上述测试样品受到的拉力，扭矩，变形量和旋转角度，最后通过计算机记录瞬时试验曲线，可以很方便的得到样品的拉扭耦合刚度值。 
以上所述的具体实施例，对本发明专利的技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明专利，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种拉扭耦合刚度测试装置，其特征在于：包括水平台（10），所述水平台（10）上放置有样品（9），所述样品（9）上安装有引伸计（4），所述样品（9）的一端连接有拉伸夹具（3），所述拉伸夹具（3）通过扭矩传感器（2）连接有拉力机（1），所述样品（9）的另一端连接有旋转夹具（6），所述旋转夹具（6）上安装有测角仪（5）。
2.    根据权利要求1所述的一种拉扭耦合刚度测试装置，其特征在于：所述旋转夹具（6）连接有旋转电机（7），所述旋转夹具（6）和旋转电机（7）与支座（8）相连。
3.根据权利要求1所述的一种拉扭耦合刚度测试装置，其特征在于：所述样品（9）为海缆、脐带缆或者海洋柔性管道等海洋管线。
4.根据权利要求1所述的一种拉扭耦合刚度测试装置，其特征在于：所述旋转夹具（6）自由转动或由旋转电机（7）驱动转动。
5.根据权利要求1所述的一种拉扭耦合刚度测试装置，其特征在于：该装置中的拉力机（1）、扭矩传感器（2）、引伸计（4）、测角仪（5）和旋转电机（7）均与计算机相连接。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104849139A (zh) * 2015-04-21 2015-08-19 大连理工大学 一种多功能海洋柔性管缆刚度测试实验平台
CN106092786A (zh) * 2016-07-25 2016-11-09 东莞前沿技术研究院 揉搓试验平台
CN107192610A (zh) * 2017-06-30 2017-09-22 西南交通大学 拉伸试验机的夹具
CN107515160A (zh) * 2016-06-16 2017-12-26 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 基于plc控制的海油管动态测试仪电气系统及测试方法
CN109443918A (zh) * 2018-11-01 2019-03-08 磐翼信息科技(上海)有限公司 一种全工况柔性管线刚度自动检测装置
CN112577825A (zh) * 2020-11-25 2021-03-30 哈尔滨工程大学 深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置
CN113176145A (zh) * 2021-04-30 2021-07-27 宁波东方电缆股份有限公司 基于拉弯疲劳试验机的线缆拉扭特性测试方法
CN113639944A (zh) * 2021-09-01 2021-11-12 北京理工大学 一种面向刚柔耦合体的刚度测量系统及测量方法
CN114252350A (zh) * 2021-11-19 2022-03-29 东华大学 一种取石网篮传递性能检测装置
CN115014727A (zh) * 2022-07-20 2022-09-06 江苏亨通海洋光网系统有限公司 一种海底光缆扭转刚度试验装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5618741A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Testing apparatus for steel pipe
JPS5952730A (ja) * 1982-09-21 1984-03-27 Shimadzu Corp 引張りねじり複合試験機
CN200968917Y (zh) * 2006-07-07 2007-10-31 长春仟邦测试设备有限公司 扭转拉力试验机
CN201364237Y (zh) * 2009-01-20 2009-12-16 杜洋 拉扭综合试验机
CN201392291Y (zh) * 2009-02-28 2010-01-27 孙仙山 具有拉扭和压扭功能的多功能材料力学试验机
CN103149078A (zh) * 2013-02-28 2013-06-12 西安理工大学 一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪
CN103364115A (zh) * 2013-07-02 2013-10-23 中国矿业大学 一种拉力与扭矩复合型测量装置
CN103698231A (zh) * 2013-12-20 2014-04-02 中天科技海缆有限公司 一种扭转刚度测试装置
CN204116128U (zh) * 2014-09-10 2015-01-21 中天科技海缆有限公司 一种拉扭耦合刚度测试装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5618741A (en) * 1979-07-25 1981-02-21 Sumitomo Metal Ind Ltd Testing apparatus for steel pipe
JPS5952730A (ja) * 1982-09-21 1984-03-27 Shimadzu Corp 引張りねじり複合試験機
CN200968917Y (zh) * 2006-07-07 2007-10-31 长春仟邦测试设备有限公司 扭转拉力试验机
CN201364237Y (zh) * 2009-01-20 2009-12-16 杜洋 拉扭综合试验机
CN201392291Y (zh) * 2009-02-28 2010-01-27 孙仙山 具有拉扭和压扭功能的多功能材料力学试验机
CN103149078A (zh) * 2013-02-28 2013-06-12 西安理工大学 一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪
CN103364115A (zh) * 2013-07-02 2013-10-23 中国矿业大学 一种拉力与扭矩复合型测量装置
CN103698231A (zh) * 2013-12-20 2014-04-02 中天科技海缆有限公司 一种扭转刚度测试装置
CN204116128U (zh) * 2014-09-10 2015-01-21 中天科技海缆有限公司 一种拉扭耦合刚度测试装置

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104849139A (zh) * 2015-04-21 2015-08-19 大连理工大学 一种多功能海洋柔性管缆刚度测试实验平台
CN107515160B (zh) * 2016-06-16 2019-09-24 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 基于plc控制的海油管动态测试仪电气系统及测试方法
CN107515160A (zh) * 2016-06-16 2017-12-26 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 基于plc控制的海油管动态测试仪电气系统及测试方法
WO2018019107A1 (zh) * 2016-07-25 2018-02-01 东莞前沿技术研究院 揉搓试验平台
CN106092786A (zh) * 2016-07-25 2016-11-09 东莞前沿技术研究院 揉搓试验平台
CN107192610B (zh) * 2017-06-30 2023-08-25 西南交通大学 拉伸试验机的夹具
CN107192610A (zh) * 2017-06-30 2017-09-22 西南交通大学 拉伸试验机的夹具
CN109443918A (zh) * 2018-11-01 2019-03-08 磐翼信息科技(上海)有限公司 一种全工况柔性管线刚度自动检测装置
CN112577825A (zh) * 2020-11-25 2021-03-30 哈尔滨工程大学 深海环境下柔顺性管缆的易操作式力学性能测试装置
CN113176145A (zh) * 2021-04-30 2021-07-27 宁波东方电缆股份有限公司 基于拉弯疲劳试验机的线缆拉扭特性测试方法
CN113639944A (zh) * 2021-09-01 2021-11-12 北京理工大学 一种面向刚柔耦合体的刚度测量系统及测量方法
CN114252350A (zh) * 2021-11-19 2022-03-29 东华大学 一种取石网篮传递性能检测装置
CN114252350B (zh) * 2021-11-19 2023-11-10 东华大学 一种取石网篮传递性能检测装置
CN115014727A (zh) * 2022-07-20 2022-09-06 江苏亨通海洋光网系统有限公司 一种海底光缆扭转刚度试验装置
CN115014727B (zh) * 2022-07-20 2023-12-15 江苏亨通海洋光网系统有限公司 一种海底光缆扭转刚度试验装置

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