CN112197925A - 一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤的实验装置 - Google Patents

一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤的实验装置 Download PDF

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余杨
徐盛博
余建星
韩梦雪
许伟澎
张春迎
颜铠阳
胡少谦
刘泽生
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    • G01M7/02Vibration-testing by means of a shake table
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces

Abstract

本发明提供一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤的实验装置,包括:压力模拟容器;试验管件;夹管法兰,安装在压力模拟容器内,将试验管件水平固定在压力模拟容器内,在底面和侧面上设置有连接板;万向活接头,包括球头连杆和球头座;振动油缸,设置有两个,每个分别与一个万向活接头的球头座连接,以对试验管件施加水平振动和垂直振动。本发明可以在一定范围内实现双轴(水平轴和垂直轴)和单轴双向往复振动加载和双轴同步同向、异向随机往复振动加载。通过万向活接头可满足水平和垂直方向在一定范围内双向振动加载频率和幅值互不干涉,而且万向活接头可实现振动油缸的加载方向始终为直线方向,不至于振动油缸产生大的侧向力。

Description

一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤的实验装置
技术领域
本发明涉及液压机械测试装置领域,特别是涉及一种用于对压力环境下对结构物进行双轴双向振动加载测试的连接装置。
背景技术
随着我国不断对深海资源的勘探和开发,深海油气管道和结构物大量使用,需要验证试验装备在复杂环境下深海工程结构物动力特性,及对其进行安全可靠性研究(例如海啸、海底地震等对深海结构造成的影响)。
振动加载是模拟对复杂环境下深海工程结构物的动力特性和安全可靠性研究的一个必要的试验装备,但现有的振动系统只能实现在1个轴线对结构物进行振动加载,多轴线或2轴线以上的同步振动加载,存在着加载的方向和幅值的不同变化影响,造成很难实现的实时动态连接,因此目前的振动加载方式无法模拟真实复杂的海底环境对深海工程结构物造成的影响。
发明内容
本文发明的目的是提供涉及一种用于对压力环境下对结构物进行双轴双向振动加载测试的连接装置。
具体地,本发明提供一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤的实验装置,包括:
压力模拟容器,为密封的空心壳体,内部灌有模拟压力环境的溶液;
试验管件,放置在压力模拟容器内;
夹管法兰,安装在压力模拟容器内,将试验管件水平固定在压力模拟容器内,在底面和侧面上设置有方便其它设备连接的连接板;
万向活接头,包括球头连杆和球头座,其中,球头连杆的一端为螺纹连接杆另一端为球头,球头座内部设置有容纳球头的球形空间,在开口一端设置有封闭球形空间并供螺纹连接杆伸出的球状盖板;每个连接板上分别连接两个通过螺纹连接杆连接在一起的万向活接头;
振动油缸,设置有两个,每个分别与一个万向活接头的球头座连接,以对试验管件施加水平振动和垂直振动。
本发明可以在一定范围内实现双轴(水平轴和垂直轴)和单轴双向往复振动加载和双轴同步同向、异向随机往复振动加载。通过万向活接头可满足水平和垂直方向在一定范围内双向振动加载频率和幅值互不干涉,而且万向活接头可实现振动油缸的加载方向始终为直线方向,不至于振动油缸产生大的侧向力。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的实验装置结构示意图;
图2是图1所示实验装置的侧视图;
图3是本发明一个实施方式的万向活接头连接示意图;
图4是本发明一个实施方式的实验管件水平往复振动示意图;
图5是本发明一个实施方式的实验管件垂直往复振动示意图;
图6是本发明一个实施方式的实验管件水平和垂直双向往复同步振动示意图;
图7是本发明一个实施方式的实验管件水平和垂直双向往复随机振动示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例和附图对本方案的具体结构和实施过程进行详细说明。
如图1、2所示,在本发明的一个实施方式中,公开一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤的实验装置,包括:压力模拟容器1、试验管件2、夹管法兰3、万向活接头4和振动油缸5。
该压力模拟容器1用于模拟实验管件2所处的海底环境,一般为密封的空心壳体,其内部灌有模拟压力环境的溶液;溶液一般为水或海水。压力模拟容器1上设置有相应的注水阀和出水阀。
试验管件2用于模拟和代替实际的深海油气管道,其以水平的方式横向放置在压力模拟容器1内。
夹管法兰3是一个独立的箍形结构,用于在试验管件2上形成一个供其它设备着力的实验点,其安装在压力模拟容器1内,顺着试验管件2的轴向套在实验管件2的外表面,在底面和侧面上设置有方便其它设备连接的连接板31,夹管法兰3一般将试验管件2从外圆周上箍住并限定在压力模拟容器1的中心,以避免受压力模拟容器1侧壁的影响。
如图3所示,万向活接头4一般包括相互独立的球头连杆42和球头座41,其中,球头连杆42的一端为螺纹连接杆421另一端为球头422,球头座41内部设置有容纳球头422的球形空间,在开口一端设置有封闭球形空间并供螺纹连接杆421伸出的球状盖板411。球头连杆42的球头422一端安装在球头座41的球形空间内然后被球状盖板411限制不能脱离,螺纹连接杆421一端由球状盖板411处伸出,位于球形空间内的球头422不能移动,但可以实现周向转动,其周向转动的范围受螺纹连接杆421和球状盖板411之间的间隙大小影响。
伸出球形盖板411的螺纹连接杆421与夹管法兰3的连接板31连接,其中每个连接板31分别连接两个万向活接头4,两个万向活接头4之间通过螺纹连接杆421连接。
振动油缸5作为模拟实验管件2受到的海底振动的动力源,设置有两个,每个振动油缸5分别与一个万向活接头4的球头座41连接,可分别对试验管件2施加水平振动和垂直振动。
本实施方式可对实验管件2实现如下的测量方式:
1.水平方向的振动油缸5不动,与夹管法兰2底面连接的振动油缸5动作,其向上施加相应的振动力,如图4所示,该振动力推动两节万向活接头4后传递至夹管法兰3上,使实验管件2受到垂直振动力,可进行实验管件2的垂直振动实验。在垂直振动力的传递过程中,两节万向活接头4相互之间可呈一定角度的扭动,从而使垂直振动力分散为一定范围内的推动力,产生斜位移量,提高对振动油缸5侧向力的容纳上限,防止损坏试验失败。
2.垂直方向的振动油缸5不动,与夹管法兰3侧面连接的振动油缸5动作,其对夹管法兰3施加水平方向的振动力,如图5所示,该水平振动力推动两节万向活接头4后传递至夹管法兰3上,使实验管件2受到水平振动力,可进行实验管件2的水平振动实验。该实验过程中万向活接头4的动作过程与前述实施例的相同,这里不再重复。
3.两个振动油缸5同时动作,通过万向活接头4向夹管法兰3同时施加水平和垂直方向的振动力,以对实验管件2进行水平和垂直方向的振动实验。如图6、7所示,由于在垂直方向的振动油缸5和水平方向的振动油缸5都连接有万向活接头4,因此,在两者同时受力时,水平方向和垂直方向的力不会产生硬性碰撞,而是随着各自的扭动最终将相应的振动力传递至夹管法兰3,使试验管件2同时受到水平和垂直方向的振动力。
在前述三种实验方式中,垂直振动油缸5和水平振动油缸5可单独或同时实现随机振动和同步振动方式。
本实施方式可以在一定范围内实现双轴(水平轴和垂直轴)和单轴双向往复振动加载和双轴同步同向、异向随机往复振动加载。通过万向活接头可满足水平和垂直方向在一定范围内双向振动加载频率和幅值互不干涉,而且万向活接头可实现振动油缸的加载方向始终为直线方向,不至于振动油缸产生大的侧向力。
在本发明的一个实施方式中,具体的球头座41的一端设置有内凹的右球坑,另一端设置有供螺纹连接杆421连接的螺纹孔412,球状盖板411的一端为内凹的左球坑,另一端为与左球坑相通的通孔,球状盖板411的左球坑一端通过螺纹拧在球头座41的右球坑一端后两者的内部形成球形空间。
在安装时,球头连杆42先将螺纹连接杆421一端由球状盖板411的左球坑一端插入,然后由通孔一端穿出,使球头422留在左球坑中,然后再与球头座41的右球坑扣合,将两者通过螺纹拧在一起,并把球头422封在里面,封闭后的球头422与球形空间之间为转动间隙,但不能脱离环形空间;由通孔中穿出的螺纹连接杆421能够在球头422一端的带动下可在一定范围内转动,球头连杆42的球头422在球形空间内的倾斜角度一般为11~15度,还可以通过改变万向活接头4的外形尺寸来增加双向振动加载的范围。伸出的螺纹连接杆421作为该万向活接头4与其它设备连接的部件,如螺纹连接杆421可直接拧入另一万向活接头4的螺纹孔412中,使两个万向活接头4连接在一起;也可以拧入连接板31上的螺纹孔中而与使万向活接头4与夹管法兰3连接。
为防止螺纹连接杆421连接后脱离,当螺纹连接杆421拧入对应的螺纹孔412内后,再通过锁紧螺母43对螺纹连接杆421露出的部分进行固定。
在本发明的一个实施方式中,振动油缸5的一端通过螺栓固定在压力模拟容器1的壳体外部,其振动杆穿过壳体上的通孔后与球头座41的螺纹孔412螺纹连接。
为使传入的振动力方向不发生偏移,夹管法兰3的底面和相邻的侧面为相互垂直的90度平面。连接板31为独立的安装座结构,其通过螺杆固定在夹管法兰3的底面和侧面上。连接板31上设置有供球头连杆42的螺纹连接杆421一端螺纹连接的螺纹孔。
至此,本领域技术人员应认识到,虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例,但是,在不脱离本发明精神和范围的情况下,仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此,本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种模拟深水钢悬链线立管触地段疲劳损伤的实验装置,其特征在于,包括:
压力模拟容器,为密封的空心壳体,内部灌有模拟压力环境的溶液;
试验管件,放置在压力模拟容器内;
夹管法兰,安装在压力模拟容器内,将试验管件水平固定在压力模拟容器内,在底面和侧面上设置有方便其它设备连接的连接板;
万向活接头,包括球头连杆和球头座,其中,球头连杆的一端为螺纹连接杆另一端为球头,球头座内部设置有容纳球头的球形空间,在开口一端设置有封闭球形空间并供螺纹连接杆伸出的球状盖板;每个连接板上分别连接两个通过螺纹连接杆连接在一起的万向活接头;
振动油缸,设置有两个,每个分别与一个万向活接头的球头座连接,以对试验管件施加水平振动和垂直振动。
2.根据权利要求1所述的实验装置,其特征在于,
所述球头座的一端设置有内凹的右球坑,另一端设置有供所述螺纹连接杆连接的螺纹孔,所述球状盖板的一端为内凹的左球坑,另一端为与左球坑相通的通孔,所述球状盖板的左球坑一端通过螺纹拧在所述球头座的右球坑一端后内部形成所述球形空间。
3.根据权利要求2所述的实验装置,其特征在于,
所述球头连杆的球头一端位于所述球头座的球形空间内后被所述球状盖板所限制脱离,另一端的螺纹连接杆拧入另一所述球头座的螺纹孔中后通过锁紧螺母固定。
4.根据权利要求2所述的实验装置,其特征在于,
所述振动油缸的一端通过螺栓固定在所述压力模拟容器的壳体外部,其振动杆穿过所述壳体上的通孔后与所述球头座的螺纹孔一端螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的实验装置,其特征在于,
所述球头连杆的球头在所述球形空间内的倾斜角度为11~15度。
6.根据权利要求1所述的实验装置,其特征在于,
所述夹管法兰将所述试验管件从外圆周上箍住并限定在所述压力模拟容器的中心。
7.根据权利要求6所述的实验装置,其特征在于,
所述夹管法兰的底面和相邻的侧面为相互垂直的90度平面。
8.根据权利要求7所述的实验装置,其特征在于,
所述连接板上设置有供所述球头连杆的螺纹连接杆一端螺纹连接的螺纹孔。
9.根据权利要求8所述的实验装置,其特征在于,
所述连接板为一独立的安装座,其通过螺杆固定在所述夹管法兰上。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020092355A1 (en) * 2001-01-18 2002-07-18 Davey Kenneth John Self-monitoring method and apparatus for condition monitoring of a structure
CN204312525U (zh) * 2014-12-09 2015-05-06 上海航天精密机械研究所 加载用万向接头
CN205562181U (zh) * 2016-03-29 2016-09-07 吉林大学 高速列车减震器万能型试验台
CN108007792A (zh) * 2017-11-15 2018-05-08 天津大学 在役深海海底埋地管道地震-高压载荷联合加载试验方法
CN110196156A (zh) * 2019-03-12 2019-09-03 天津大学 一种深海管线复杂荷载联合加载试验方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020092355A1 (en) * 2001-01-18 2002-07-18 Davey Kenneth John Self-monitoring method and apparatus for condition monitoring of a structure
CN204312525U (zh) * 2014-12-09 2015-05-06 上海航天精密机械研究所 加载用万向接头
CN205562181U (zh) * 2016-03-29 2016-09-07 吉林大学 高速列车减震器万能型试验台
CN108007792A (zh) * 2017-11-15 2018-05-08 天津大学 在役深海海底埋地管道地震-高压载荷联合加载试验方法
CN110196156A (zh) * 2019-03-12 2019-09-03 天津大学 一种深海管线复杂荷载联合加载试验方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HUAKUN WANG: "Effect of pitting defects on the buckling strength of thick-wall cylinder under axial compression", 《CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS》 *
杨政龙: "深海管道在冲击载荷作用下的局部屈曲特性研究", 《天津大学学报》 *

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