CN110579408B - 一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验装置与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验装置与测试方法，所述实验装置包括：驱动组件，其位于外圆筒内，包括沿外圆筒轴线设置且外壁与外圆筒内壁连接的至少两个支撑圆环，且相邻支撑圆环之间通过可改变上述相邻支撑圆环轴线之间夹角的弯曲机构连接；所述外圆筒外壁具有轴向和环向刻度线。本发明的实验装置结构紧凑、可靠性高、可设计性强；适合于对螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移进行机理性研究；通过对外圆筒内部每个驱动器精确控制，最终实现对整个外圆筒弯曲半径的精确控制，保证其上任意截面弯曲曲率与预设工况完全相同。

Description

一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验 装置与测试方法

技术领域

本发明涉及一种装置与测试方法，具体地说是一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验装置与测试方法。

背景技术

经济迅猛发展导致的油气能源消耗急剧上升，我国虽拥有丰富的油气资源，但大多数分布在深海，高投入、高风险等导致深海油气开发非常困难。而海洋电缆、脐带缆及柔性管道是深海油气开发中至关重要的高端连接装备，其连接于水上浮体与海底采油设备或某些控制系统之间，用于远程电能和数据传输控制，或者油气资源的输送。由于我国海洋工程装备开发起步较晚，特别是脐带缆和柔性管道仍然严重依赖国外进口。为了掌握该类型柔性管缆结构的设计和制造技术，有必要针对特定力学行为研发相关实验装备并掌握测试技术；从而逐步实现海洋柔性管缆相关技术的国产化。该类装备的共同结构特点是都具有单层或多层的螺旋铠装钢丝保护层，以保证在复杂的海洋环境下能够抵抗各种形式的载荷。但在某些极端海况或工况下，仍不可避免会在管缆的某些部位发生破坏失效。如：由于水上浮体的运动，管缆与浮体或管缆与海底触地点之间的柔性管缆段呈现明显的反复弯曲力学行为，同时考虑外部的水压作用，铠装钢丝层将发生弯曲滑移，从而导致强度或者屈曲失效等。为了避免上述失效模式的发生，有必要对铠装钢丝层在弯曲过程下的滑移机理进行研究，因此本专利旨在开发海洋柔性管缆铠装钢丝弯曲滑移机理实验装置和提出相应的测试方法。

已有技术存在的缺陷或问题

如图1所示，目前达到此种目的的实验装置通常用圆柱筒模拟海洋柔性管缆的内核结构，同时将螺旋铠装钢丝缠绕在聚乙烯或聚四氟乙烯制成的圆柱筒，一端采用法兰固定与地基或实验台上，另一端通过控制电机或作动器拉动连接于两者之间的绳索使圆筒模拟海洋柔性管缆发生弯曲行为，进而达到使其上螺旋铠装钢丝发生滑移的目的。

该种实验装置存在诸多缺点：

(1)通过拉伸绳索实现圆筒弯曲往往不能使圆筒发生纯弯曲，即不能保证圆筒上每一点的曲率相同；

(2)不能准确得知任一种弯曲情况下的各截面的准确曲率；

(3)同一种工况下对实验进行重复，不能保证每次钢丝滑移路径一致，实验可重复性低；

(4)由于加载过程存在偏心问题，因此实验装置可靠性低，往往与预设测试工况存在偏差；

(5)同时，由于钢丝外层不设置任何约束，因此无法模拟海洋柔性管缆外护套对铠装钢丝的约束行为，如弯曲下铠装钢丝会发生一定的翘曲。

发明内容

针对以上问题，提出一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验装置与测试方法。所述实验装置设计了可控制模拟海洋柔性管缆的圆筒结构每一截面弯曲曲率的内部装置，并且可精确知道任一种弯曲工况下每一截面的曲率。本发明采用的技术手段如下：

一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验装置，包括：

驱动组件，其位于外圆筒内，包括沿外圆筒轴线设置且外壁与外圆筒内壁连接的至少两个支撑圆环，且相邻支撑圆环之间通过可改变上述相邻支撑圆环轴线之间夹角的弯曲机构连接；初始状态下，各支撑圆环轴线与外圆筒轴线重合。

所述外圆筒外壁具有轴向和环向刻度线。

所述弯曲机构包括位于同一平面内的且沿顺时针依次设置的第一角型支架，第二角型支架，第四角型支架和第三角型支架；

第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架均包括支撑圆环连接端，支撑圆环连接端设有水平支杆和斜支杆，水平支杆和斜支杆的夹角为锐角；

第一角型支架和第三角型支架所对应的支撑圆环连接端通过立板与相邻支撑圆环中的一个支撑圆环内壁连接，第二角型支架和第四角型支架所对应的支撑圆环连接端通过立板与上述相邻支撑圆环中的另一个支撑圆环内壁连接；

四个所述斜支杆自由端分别设有与第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架相对应的第一铰接板，第二铰接板，第三铰接板和第四铰接板；

第一铰接板，第三铰接板，第二铰接板和第四铰接板沿垂直于第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架所在平面方向依次层叠并通过圆柱卡销和与其配合的圆头螺母铰接；

第一角型支架和第二角型支架所对应的水平支杆之间设有与所对应的水平支杆同轴的第一驱动器，第三角型支架和第四角型支架所对应的水平支杆之间设有与所对应的水平支杆同轴的第二驱动器；

第一驱动器和第二驱动器均包括驱动器本体和位于驱动器本体一端的输出轴；

所述第一驱动器所对应的输出轴的自由端位于第二角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接，所述第一驱动器所对应的驱动器本体的自由端位于第一角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接，所述第二驱动器所对应的输出轴的自由端位于第四角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接，所述第二驱动器所对应的驱动器本体的自由端位于第三角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接；

上述各水平支杆的自由端凹槽的延伸方向均位于第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架所在平面内。

所述圆头锁紧螺杆包括依次连接的螺头和螺杆；

所述螺头呈半鼓形，侧面设置滚花，其小端与所述螺杆连接；

所述螺杆自由端具有外螺纹段，其与所对应的水平支杆的自由端凹槽的一侧槽壁螺纹连接，所述螺杆设有退刀槽。

所述圆柱卡销包括依次连接的卡销头和阶梯状的卡销杆；

所述卡销头与所述卡销杆的大端连接且外壁具有直纹滚花；

所述卡销杆的小端具有与所述圆头螺母螺纹连接外螺纹段；

所述圆头螺母外壁具有直纹滚花。

所述第一驱动器和所述第二驱动器为作动器且各作动器可单独控制伸缩。

与所述支撑圆环相对应的所述外圆筒外壁具有注胶孔，所述支撑圆环外壁与所述外圆筒内壁之间从所述注胶孔灌环氧树脂胶粘结。

还包括：固定基座，其上设有端面法兰，端面法兰具有容纳所述外圆筒一端端部的端面法兰凹槽；

所述外圆筒的另一端设有末端圆环，末端圆环具有容纳所述外圆筒上述端部的末端圆环凹槽；

端面法兰凹槽和末端圆环凹槽的槽壁顶部的周向均设有多个钢丝固定孔，钢丝固定孔的轴线与所述外圆筒的轴线平行，且钢丝固定孔的孔壁所在圆柱面与所对应的端面法兰凹槽或末端圆环凹槽的槽壁相割，端面法兰和末端圆环的外壁设有延伸至钢丝固定孔的孔壁与钢丝固定孔连通的螺纹孔，螺纹孔内设有用于固定螺旋缠绕在所述外圆筒外壁上的铠装钢丝端部的机米螺丝。

所述外圆筒与所述端面法兰凹槽和所述末端圆环凹槽之间通过环氧树脂胶粘结；

所述外圆筒外壁具有白色聚合物，其上设有所述轴向和环向刻度线，所述白色聚合物为聚乙烯或聚四氟乙烯等复合材料。

所述外圆筒外壁套接有对螺旋缠绕在所述外圆筒外壁上的铠装钢丝进行径向约束的透明薄壳圆筒。

本发明还公开了一种使用上述所述的实验装置进行海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移测试的方法，具有如下步骤：

S1、根据实际需要测试的海洋柔性管缆结构尺寸，确定所述外圆筒的直径和长度以及铠装钢丝的数量和布置方式；

S2、将待测铠装钢丝螺旋缠绕布置在所述外圆筒外壁上，两端固定；

S3、沿着布置好的铠装钢丝，用记号笔标记铠装钢丝的原始位置；

沿着铠装钢丝轴线方向侧面均匀布置应变片，将所有应变片数据传输线连接于采集器；

S4、将透明薄壳圆筒套接于螺旋缠绕钢丝外侧，限制其径向位移；

S5、将所有所述第一驱动器和所述第二驱动器的电源线连接于控制器上，并可通过计算机控制调节各所述第一驱动器和所述第二驱动器的位移实现设定弯曲曲率工况的位移加载；

S6、通过计算机控制调节各所述第一驱动器和所述第二驱动器的位移，预加载使所述外圆筒在微小角度往复弯曲，使所述实验装备进入工作状态，并恢复到初始位置；

S7、通过计算机控制各所述第一驱动器和所述第二驱动器缓慢加载使所述外圆筒模拟海洋柔性管缆弯曲到设定的弯曲曲率工况下的变形曲线，测试铠装钢丝上各个应变片布置位置的应变变化情况；

S8、当弯曲到最终状态时，用记号笔标记铠装钢丝此时的位置，并记录应变变化情况，通过与原始位置的比较，同时结合设定的弯曲曲率，进而详细分析螺旋缠绕的铠装钢丝的滑移机理，为海洋柔性管缆结构设计提供指导建议。

本发明的实验装置结构紧凑、可靠性高、可设计性强；适合于对螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移进行机理性研究；通过对外圆筒内部每个驱动器精确控制，最终实现对整个外圆筒弯曲半径的精确控制，保证其上任意截面弯曲曲率与预设工况完全相同。

本发明具有以下优点：

1).每个驱动器可通过算法实现精确位移输出，从而实现外圆筒截面可以以任意曲率进行弯曲；能够复现海洋柔性管缆弯曲行为工况的多样性，其中包括典型的纯弯曲行为。

2).整个实验装置组件化，便于装配调试；

3).重复测试时，可以避免前期测试所造成的残余变形影响，实现高精度弯曲滑移测试；

4).相比于之前的实验装置，本发明的实验装置运行过程更平稳，可靠性更高；

5).外圆筒外壁具有白色聚合物，同时轴向和环向印刷有相应的刻度线，方便后期铠装钢丝弯曲滑移变形行为的标记；

6).本发明的实验装置移动轻便，可根据实验室空间条件实现水平测试或者垂直测试；

7).可根据实际需求设计相应驱动组件和外圆筒长度，用于模拟不同海洋柔性管缆结构的弯曲行为；

8).端面法兰和末端圆环设有多个钢丝固定孔，可以根据实验测试需要，装配多根铠装钢丝进而对比测试螺旋缠绕铠装钢丝的弯曲滑移行为；

9).外圆筒外壁可套接有薄壳圆筒，可以用于模拟海洋柔性管缆外护套结构层对铠装钢丝的径向约束。

基于上述理由本发明可在海洋柔性管缆等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中未改进的实验装置的结构示意图。

图2是本发明的具体实施方式中实验装置的主视图及局部剖视图。

图3是本发明的具体实施方式中驱动组件的结构示意图。

图4是本发明的具体实施方式中支撑圆环与弯曲机构连接关系主视图。

图5是本发明的具体实施方式中支撑圆环与弯曲机构连接关系侧视图。

图6是本发明的具体实施方式中支撑圆环与弯曲机构连接关系的空间结构示意图。

图7是本发明的具体实施方式中外圆筒的主视图及剖视图。

图8是本发明的具体实施方式中端面法兰的主视图及剖视图。

图9是本发明的具体实施方式中固定基座的三视图。

图10是本发明的具体实施方式中支撑圆环的主视图及剖视图。

图11是本发明的具体实施方式中第一角型支架的三视图及空间结构示意图。

图12是本发明的具体实施方式中圆头锁紧螺杆的主视图及剖视图。

图13是本发明的具体实施方式中圆柱卡销的主视图及剖视图。

图14是本发明的具体实施方式中圆头螺母的主视图及剖视图。

图15是本发明的具体实施方式中外圆筒弯曲示意图。

图16是本发明的具体实施方式中铠装钢丝截面沿着各轴的曲率和扭率的变化示意图。

图17是本发明的具体实施方式中外圆筒外壁上的轴向和环向刻度线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

如图1-图14所示，一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验装置，包括：

驱动组件1，其位于外圆筒2内，包括沿外圆筒2轴线设置且外壁与外圆筒2内壁连接的至少两个支撑圆环8，且相邻支撑圆环8之间通过可改变上述相邻支撑圆环8轴线之间夹角的弯曲机构连接；所述弯曲机构包括位于同一平面内的且沿顺时针依次设置的第一角型支架9，第二角型支架10，第四角型支架11和第三角型支架12；第一角型支架9，第二角型支架10，第三角型支架12和第四角型支架11均包括支撑圆环8连接端，支撑圆环8连接端设有水平支杆13和斜支杆14，水平支杆13和斜支杆14的夹角为锐角；第一角型支架9和第三角型支架12所对应的支撑圆环8连接端通过立板15与相邻支撑圆环8中的一个支撑圆环8内壁连接，第二角型支架10和第四角型支架11所对应的支撑圆环8连接端通过立板15与上述相邻支撑圆环8中的另一个支撑圆环8内壁连接，各支撑圆环8连接端与立板15螺钉把接；四个所述斜支杆14自由端分别设有与第一角型支架9，第二角型支架10，第三角型支架12和第四角型支架11相对应的第一铰接板16，第二铰接板17，第三铰接板18和第四铰接板19；第一铰接板16，第三铰接板18，第二铰接板17和第四铰接板19沿垂直于第一角型支架9，第二角型支架10，第三角型支架12和第四角型支架11所在平面方向依次层叠并通过圆柱卡销20和与其配合的圆头螺母21铰接；第一角型支架9和第二角型支架10所对应的水平支杆13之间设有与所对应的水平支杆13同轴的第一驱动器22，第三角型支架12和第四角型支架11所对应的水平支杆13之间设有与所对应的水平支杆13同轴的第二驱动器23；第一驱动器22和第二驱动器23均包括驱动器本体24和位于驱动器本体24一端的输出轴25；所述第一驱动器22所对应的输出轴25的自由端位于第二角型支架10所对应的水平支杆13的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆26铰接，所述第一驱动器22所对应的驱动器本体24的自由端位于第一角型支架9所对应的水平支杆13的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆26铰接，所述第二驱动器23所对应的输出轴25的自由端位于第四角型支架11所对应的水平支杆13的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆26铰接，所述第二驱动器23所对应的驱动器本体24的自由端位于第三角型支架12所对应的水平支杆13的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆26铰接；上述各水平支杆13的自由端凹槽的延伸方向均位于第一角型支架9，第二角型支架10，第三角型支架12和第四角型支架11所在平面内。所述圆头锁紧螺杆26包括依次连接的螺头27和螺杆28；所述螺头27呈半鼓形，侧面设置滚花，其小端与所述螺杆28连接；所述螺杆28自由端具有外螺纹段，其与所对应的水平支杆13的自由端凹槽的一侧槽壁螺纹连接，所述螺杆28设有退刀槽29。所述圆柱卡销20包括依次连接的卡销头30和阶梯状的卡销杆31；所述卡销头30与所述卡销杆31的大端连接且外壁具有直纹滚花；所述卡销杆31的小端具有与所述圆头螺母21螺纹连接外螺纹段；所述圆头螺母21外壁具有直纹滚花。所述第一驱动器22和所述第二驱动器23为作动器且各作动器可单独控制伸缩。与所述支撑圆环8相对应的所述外圆筒2外壁具有注胶孔32，所述支撑圆环8外壁与所述外圆筒2内壁之间从所述注胶孔32灌环氧树脂胶粘结。所述外圆筒2外壁具有轴向和环向刻度线，如图17所示。

还包括：固定基座6，其上设有端面法兰3，端面法兰3具有容纳所述外圆筒2一端端部的端面法兰凹槽33；所述外圆筒2的另一端设有末端圆环4，末端圆环4具有容纳所述外圆筒2上述端部的末端圆环凹槽；端面法兰凹槽33和末端圆环凹槽的槽壁顶部的周向均设有多个钢丝固定孔34，钢丝固定孔34的轴线与所述外圆筒2的轴线平行，且钢丝固定孔34的孔壁所在圆柱面与所对应的端面法兰凹槽33或末端圆环凹槽的槽壁相割，端面法兰3和末端圆环4的外壁设有延伸至钢丝固定孔34的孔壁与钢丝固定孔34连通的螺纹孔35，螺纹孔35内设有用于固定螺旋缠绕在所述外圆筒2外壁上的铠装钢丝端部的机米螺丝。所述外圆筒2与所述端面法兰凹槽33和所述末端圆环凹槽之间通过环氧树脂胶粘结；所述外圆筒2外壁具有白色聚合物，其上设有所述轴向和环向刻度线，所述白色聚合物为聚乙烯或聚四氟乙烯等复合材料。所述外圆筒2外壁套接有对螺旋缠绕在所述外圆筒2外壁上的铠装钢丝进行径向约束的透明薄壳圆筒7。

一种使用上述所述的实验装置进行海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移测试的方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、根据实际需要测试的海洋柔性管缆结构尺寸，确定所述外圆筒2的直径和长度以及铠装钢丝的数量和布置方式，并将实验装置装配在地基或固定实验台上；

S2、将待测铠装钢丝螺旋缠绕布置在所述外圆筒2外壁上，两端通过钢丝固定孔34固定；

S3、沿着布置好的铠装钢丝，用记号笔标记铠装钢丝的原始位置；

沿着铠装钢丝轴线方向侧面均匀布置应变片，将所有应变片数据传输线连接于采集器；

S4、将透明薄壳圆筒7套接于螺旋缠绕钢丝外侧，限制其径向位移。

S5、将所有所述第一驱动器22和所述第二驱动器23的电源线连接于控制器上，并可通过计算机控制调节各所述第一驱动器22和所述第二驱动器23的位移实现设定弯曲曲率工况的位移加载；

S6、通过计算机控制调节各所述第一驱动器22和所述第二驱动器23的位移，预加载使所述外圆筒2在微小角度往复弯曲，使所述实验装备进入工作状态，并恢复到初始位置；

S7、通过计算机控制各所述第一驱动器22和所述第二驱动器23缓慢加载使所述外圆筒2模拟海洋柔性管缆弯曲到设定的弯曲曲率工况下的变形曲线，测试铠装钢丝上各个应变片布置位置的应变变化情况；

S8、当弯曲到最终状态时，用记号笔标记铠装钢丝此时的位置，并记录应变变化情况，通过与原始位置的比较，同时结合设定的弯曲曲率，进而详细分析螺旋缠绕的铠装钢丝的滑移机理，为海洋柔性管缆结构设计提供指导建议。

如图15和16所示，外圆筒2上螺旋线(铠装钢丝的原始位置)在弯曲后不仅发生滑移，而且自身截面也存在曲率和扭率的变化。其中轴向滑移位移为u₁，横向滑移位移为u₂，如下式(1)和式(2)所示；而铠装钢丝截面沿着各轴的曲率和扭率的变化为式(3)所示。

其中，R为外圆筒半径，β为整体外圆筒绕Z²轴弯曲的曲率，Ψ为铠装钢丝的沿着环向的角度坐标，α为铠装钢丝的缠绕角度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移实验装置，其特征在于，包括：

驱动组件，其位于外圆筒内，包括沿外圆筒轴线设置且外壁与外圆筒内壁连接的至少两个支撑圆环，且相邻支撑圆环之间通过可改变上述相邻支撑圆环轴线之间夹角的弯曲机构连接；

所述外圆筒外壁具有轴向和环向刻度线；

所述弯曲机构包括位于同一平面内的且沿顺时针依次设置的第一角型支架，第二角型支架，第四角型支架和第三角型支架；

第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架均包括支撑圆环连接端，支撑圆环连接端设有水平支杆和斜支杆，水平支杆和斜支杆的夹角为锐角；

第一角型支架和第三角型支架所对应的支撑圆环连接端通过立板与相邻支撑圆环中的一个支撑圆环内壁连接，第二角型支架和第四角型支架所对应的支撑圆环连接端通过立板与上述相邻支撑圆环中的另一个支撑圆环内壁连接；

四个所述斜支杆自由端分别设有与第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架相对应的第一铰接板，第二铰接板，第三铰接板和第四铰接板；

第一铰接板，第二铰接板，第三铰接板和第四铰接板沿垂直于第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架所在平面方向依次层叠并通过圆柱卡销和与其配合的圆头螺母铰接；

第一角型支架和第二角型支架所对应的水平支杆之间设有与所对应的水平支杆同轴的第一驱动器，第三角型支架和第四角型支架所对应的水平支杆之间设有与所对应的水平支杆同轴的第二驱动器；

第一驱动器和第二驱动器均包括驱动器本体和位于驱动器本体一端的输出轴；

所述第一驱动器所对应的输出轴的自由端位于第二角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接，所述第一驱动器所对应的驱动器本体的自由端位于第一角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接，所述第二驱动器所对应的输出轴的自由端位于第四角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接，所述第二驱动器所对应的驱动器本体的自由端位于第三角型支架所对应的水平支杆的自由端凹槽并通过圆头锁紧螺杆铰接；

上述各水平支杆的自由端凹槽的延伸方向均位于第一角型支架，第二角型支架，第三角型支架和第四角型支架所在平面内。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述圆头锁紧螺杆包括依次连接的螺头和螺杆；

所述螺头呈半鼓形，侧面设置滚花，其小端与所述螺杆连接；

所述螺杆自由端具有外螺纹段，其与所对应的水平支杆的自由端凹槽的一侧槽壁螺纹连接，所述螺杆设有退刀槽。

3.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述圆柱卡销包括依次连接的卡销头和阶梯状的卡销杆；

所述卡销头与所述卡销杆的大端连接且外壁具有直纹滚花；

所述卡销杆的小端具有与所述圆头螺母螺纹连接外螺纹段；

所述圆头螺母外壁具有直纹滚花。

4.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述第一驱动器和所述第二驱动器为作动器且各作动器可单独控制伸缩。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：与所述支撑圆环相对应的所述外圆筒外壁具有注胶孔，所述支撑圆环外壁与所述外圆筒内壁之间从所述注胶孔灌环氧树脂胶粘结。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：还包括：固定基座，其上设有端面法兰，端面法兰具有容纳所述外圆筒一端端部的端面法兰凹槽；

所述外圆筒的另一端设有末端圆环，末端圆环具有容纳所述外圆筒上述端部的末端圆环凹槽；

端面法兰凹槽和末端圆环凹槽的槽壁顶部的周向均设有多个钢丝固定孔，钢丝固定孔的轴线与所述外圆筒的轴线平行，且钢丝固定孔的孔壁所在圆柱面与所对应的端面法兰凹槽或末端圆环凹槽的槽壁相割，端面法兰和末端圆环的外壁设有延伸至钢丝固定孔的孔壁与钢丝固定孔连通的螺纹孔，螺纹孔内设有用于固定螺旋缠绕在所述外圆筒外壁上的铠装钢丝端部的机米螺丝。

7.根据权利要求6所述的实验装置，其特征在于：所述外圆筒与所述端面法兰凹槽和所述末端圆环凹槽之间通过环氧树脂胶粘结；

所述外圆筒外壁具有白色聚合物，其上设有所述轴向和环向刻度线，所述白色聚合物为聚乙烯或聚四氟乙烯复合材料。

8.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述外圆筒外壁套接有对螺旋缠绕在所述外圆筒外壁上的铠装钢丝进行径向约束的透明薄壳圆筒。

9.一种使用权利要求1所述的实验装置进行海洋柔性管缆螺旋缠绕铠装钢丝任意曲率弯曲滑移测试的方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、根据实际需要测试的海洋柔性管缆结构尺寸，确定所述外圆筒的直径和长度以及铠装钢丝的数量和布置方式；

S2、将待测铠装钢丝螺旋缠绕布置在所述外圆筒外壁上，两端固定；

S3、沿着布置好的铠装钢丝，用记号笔标记铠装钢丝的原始位置；

沿着铠装钢丝轴线方向侧面均匀布置应变片，将所有应变片数据传输线连接于采集器；

S4、将透明薄壳圆筒套接于螺旋缠绕钢丝外侧，限制其径向位移；

S5、将所有所述第一驱动器和所述第二驱动器的电源线连接于控制器上，并可通过计算机控制调节各所述第一驱动器和所述第二驱动器的位移实现设定弯曲曲率工况的位移加载；

S6、通过计算机控制调节各所述第一驱动器和所述第二驱动器的位移，预加载使所述外圆筒在微小角度往复弯曲，使所述实验装置进入工作状态，并恢复到初始位置；

S7、通过计算机控制各所述第一驱动器和所述第二驱动器缓慢加载使所述外圆筒模拟海洋柔性管缆弯曲到设定的弯曲曲率工况下的变形曲线，测试铠装钢丝上各个应变片布置位置的应变变化情况；

S8、当弯曲到最终状态时，用记号笔标记铠装钢丝此时的位置，并记录应变变化情况，通过与原始位置的比较，同时结合设定的弯曲曲率，进而详细分析螺旋缠绕的铠装钢丝的滑移机理。

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