脐带缆拉伸弯曲力学复合试验装置的制作方法

本发明涉及海洋工程装备水下生产系统检测技术领域，尤其涉及一种能够实现拉伸、拉伸弯曲、弯曲多种疲劳状态对脐带缆进行疲劳试验的装置。

背景技术：

水下生产系统是海上油气开发的重要装置，随着我国海洋战略的实施，该系统关键部件的国产化和稳定运行备受关注。脐带缆作为连接海上浮体和海底设备的关键部件，在电力、液压动力、化学试剂、信号传输等方面具有重要作用，但其国产化面临着各种技术瓶颈，其中检测装置和检测技术的缺乏，是制约脐带缆国产化的重要因素之一。目前脐带缆疲劳寿命分析尚处于探索阶段，需要研发一种试验装置，模拟脐带缆的实际工况，为国产脐带缆的使用提供疲劳寿命依据。

关于脐带缆复合试验装置，目前只有一个申请号为201610197048.5的发明专利，该装置可实现脐带缆的拉伸、弯曲，其实现方式是利用作动器对脐带缆进行拉伸，端部作动器进行弯曲，能够有效模拟端部弯矩带来的拉伸弯曲变形状况，但是该试验机功能单一，适用范围小，不能模拟多种受力情况。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的不足，提供一种适合脐带缆、软管的能够提供拉伸、拉伸弯曲、三点弯曲、四点弯曲多种试验状态的试验装置，即一种脐带缆拉伸弯曲力学复合试验装置。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种脐带缆拉伸弯曲力学复合试验装置，包括支撑框架、安装在支撑框架上部的拉伸夹持系统、安装在支撑框架下部的弯曲夹持系统和用以收集处理来自拉伸夹持系统与弯曲夹持系统的试验数据的控制器。

进一步，所述支撑框架包括支撑立柱和架设在支撑立柱上的支撑横梁，支撑立柱和支撑横梁对称设置成两排，其中支撑立柱下端连接有支撑座；

所述拉伸夹持系统包括摆头、拉伸端旋转接头、移动端旋转接头、脐带缆夹具，所述拉伸端旋转接头和移动端旋转接头的头部均通过销钉连接摆头一端，使得拉伸端旋转接头和移动端旋转接头均实现摆动功能，且在移动端旋转接头上安装有角位移传感器，所述摆头的另一端还固定连接有脐带缆夹具；

所述弯曲夹持系统包括弯矩加载作动器、移动横梁和推杆，其中所述弯矩加载作动器设有两组，且对称竖直放置，所述移动横梁的两端连接在所述弯矩加载作动器上，而移动横梁上还通过滑槽和滑轨的形式连接有推杆，使得推杆可以在横梁上通过外力实现滑动，以适应不同的试验目的，推杆的顶端安装有圆筒状夹具。

进一步，对称设置的支撑横梁形成所述拉伸夹持系统的拉伸轨道，拉伸夹持系统安装在两组支撑横梁之间，其中，所述移动端旋转接头和拉伸端旋转接头分别安装在所述支撑横梁的左右两侧，所述拉伸端旋转接头上连接固定有拉伸测量机构，拉伸测量机构包含通过螺钉固定在支撑横梁上的磁滞位移传感器，在拉伸端旋转接头的尾部通过法兰和螺钉连接有拉伸作动器，拉伸作动器的位移通过拉伸测量机构中的磁滞位移传感器进行测量，拉伸作动器的外壳通过螺栓固定在两组支撑横梁之间，且其尾部伸出支撑横梁形成的区域外；

所述支撑座包括两组对称设置的底部横梁及固定底部横梁相对位置的三组H型钢，并通过预埋件固定在地面，所述支撑立柱固定在底部横梁上。

进一步，所述支撑横梁包括移动段和固定段，移动段横梁的长度大于固定段横梁的长度，之间通过螺栓固定连接，移动段的横梁采用槽钢，且两组移动段横梁的凹槽相对安装，在凹槽的上下两槽面上开设有若干销孔，所述移动端旋转接头安装在支撑横梁的凹槽内，且通过销轴和销孔实现固定和位置的改变。

进一步，在所述支撑座之间的地面上至少设有两个用于放置所述弯矩加载作动器的预制孔，因此弯曲夹持系统位于对称设置的支撑框架之间，并与所述拉伸夹持系统上下对应。

进一步，所述的支撑立柱与所述支撑座之间、支撑立柱与支撑横梁之间连接有起到加固作用的加固支杆。

进一步，所述的支撑横梁的外侧面设有水平安装的带有护栏的、用以支撑操作人员行走的通道，通道的一侧还安装有攀爬梯，攀爬梯的尾部固定在所述的支撑座上。

本发明将拉伸试验方法与弯曲试验方法相结合，利用三个作动器和弯曲加载装置在一台试验机上可实现拉伸、弯曲(三点弯曲、四点弯曲)、拉伸弯曲等多种疲劳试验，有效的克服了现有实验装置存在的障碍，提高了试验效率，节约了试验成本。

附图说明

图1本发明整体结构示意图；

图2本发明侧面图；

图3本发明底面支撑座结构图；

图4本发明支撑横梁连接示意图；

图5本发明圆筒状夹具结构示意图；

图6本发明推杆和移动横梁连接示意图；

图7本发明移动端旋转接头连接示意图；

图8本发明拉伸端旋转接头连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

如图1所示：一种脐带缆拉伸弯曲力学复合试验装置，包括支撑框架1、安装在支撑框架1上部的拉伸夹持系统2、安装在支撑框架1下部的弯曲夹持系统3和用以收集处理来自拉伸夹持系统2与弯曲夹持系统3的试验数据的控制器。

支撑框架1包括支撑立柱11和架设在支撑立柱上的支撑横梁12，支撑立柱11和支撑横梁12对称设置成两排，其中支撑立柱11下端连接有支撑座13；对称设置的支撑横梁12形成拉伸夹持系统2的拉伸轨道，拉伸夹持系统2安装在两组支撑横梁12之间，支撑座13包括两组对称设置的底部横梁131及固定底部横梁131相对位置的三组H型钢，并通过带有螺栓的钢筋预埋件固定在地面，并进行二次浇筑进一步固定，支撑立柱11固定在底部横梁131上。

其中，拉伸夹持系统2包括摆头21、拉伸端旋转接头22、移动端旋转接头23、脐带缆夹具24，拉伸端旋转接头22和移动端旋转接头23的头部均通过销钉连接摆头21的一端，使得拉伸端旋转接头和移动端旋转接头均实现摆动功能，并且移动端旋转接头23上安装有角位移传感器，摆头的另一端还固定连接有脐带缆夹具24，其中脐带缆夹具24采用现有的脐带缆夹持试验工具，移动端旋转接头23和拉伸端旋转接头22分别安装在支撑横梁12的左右两侧，拉伸端旋转接头22上连接固定有拉伸测量机构，拉伸测量机构包含通过螺钉固定在支撑横梁上的磁滞位移传感器，在拉伸端旋转接头22的尾部通过法兰和螺钉连接有拉伸作动器221，其位移信息由拉伸测量机构进行测量并反馈至控制器，即通过拉伸测量机构包含的磁滞位移传感器传感器进行位移测量，拉伸作动器221的头部还安装有力传感器，用以测量拉伸动作时的受力信息反馈至控制器，拉伸作动器221的外壳通过螺栓固定在两组支撑横梁12之间，且其尾部伸出支撑横梁12形成的区域外；支撑横梁12包括移动段和固定段，移动段横梁的长度大于固定段横梁的长度，之间通过螺栓固定连接，移动段的横梁采用槽钢，且两组移动段横梁的凹槽相对安装，在凹槽的上下两槽面上开设有若干销孔121，移动端旋转接头23安装在支撑横梁12的凹槽内，且通过销轴和销孔121实现固定和位置的改变，以适应脐带缆(试样)的长度。

在拉伸夹持系统2中，摆头21可以随着脐带缆弯曲变形而发生旋转，而移动端旋转接头23利用角位移传感器测量脐带缆弯曲时的旋转角度，并及时将数据传送给控制器进行信息处理；拉伸端旋转接头22通过拉伸测量机构实现在支撑横梁12中固定段的移动，拉伸测量机构中安装的磁致伸缩位移传感器，用以感知拉伸端旋转接头的位移(实质为脐带缆试样的拉伸长度)。

弯曲夹持系统3包括弯矩加载作动器31、移动横梁32和推杆33，其中弯矩加载作动器31设有两组，且对称竖直放置，移动横梁的两端连接在弯矩加载作动器上，而移动横梁32上还通过滑槽和滑轨的形式连接有推杆33，使得推杆33可以在移动横梁32上通过外力实现滑动，以适应不同的试验目的，如图6所示，推杆33的底部设有滑槽332，移动横梁32采用工字钢型设计，但其顶边为与滑槽相适应的滑轨321，推杆33的顶端安装有圆筒状夹具331，如图5所示，圆筒状夹具333包括两个在外侧边缘通过螺栓固定连接的半圆弧，其中一组圆弧外侧面设有一体结构的连接杆334，并由此连接杆通过法兰盘与推杆顶端相连接；在支撑座13之间的地面上设有两个用于放置弯矩加载作动器的预制孔311，因此弯曲夹持系统3位于对称设置的支撑框架1之间，并与所述拉伸夹持系统2上下对应；预制孔311位于支撑座13的横向对称轴线上，两预制孔311的位置在底部横梁131左右两端1/3处，且预制孔311的深度大于弯矩加载作动器31的长度。

弯矩加载作动器31通过自身的动作，实现移动横梁32和推杆33的上下移动，其内部安装的力传感器和位移传感器实时测量移动横梁32的位移和受到的力值(实质为脐带缆试样的受力和因受力产生的弯曲变化)。

支撑立柱11与支撑座13之间、支撑立柱11与支撑横梁12之间连接有起到加固作用的加固支杆14，为本发明的稳定性提供支撑。

支撑横梁12的外侧面设有水平安装的带有护栏的、用以支撑操作人员行走的通道122，通道的下端连接有加固支架123，其一侧还安装有攀爬梯124，攀爬梯124的尾部固定在所述的支撑座13上，操作人通过攀爬梯124进入通道122，进而在通道122上实施试样相关的必要操作。拉伸疲劳试验、三点弯曲疲劳试验、四点弯曲疲劳试验、拉伸弯曲疲劳试验。

本发明，实现上述功能的方法以及操作方法如下：

拉伸疲劳试验：脐带缆固定在脐带缆夹具上，脐带缆夹具根据实验及结构最大可实现10米长试件检测，然后开启拉伸作动器，预紧脐带缆，设置拉伸作动器的加载参数，点击试验机控制系统启动按钮即可。待实验结束，从试验机控制器中读取实验数据。

三点弯曲疲劳试验：调整弯矩加载作动器推杆高度，使得推杆上的圆筒夹具、脐带缆夹具同轴，脐带缆穿过推杆上的圆筒夹具固定在脐带缆夹具上，开启拉伸作动器，预紧脐带缆，设置弯矩加载作动器的加载参数，点击试验机控制器启动按钮即可。待实验结束，从试验机控制系统中读取实验数据。

四点弯曲疲劳试验：将两根推杆安装在移动横梁上，调整弯矩加载作动器推杆高度，使得推杆上的圆筒夹具、脐带缆夹具同轴，脐带缆穿过两个推杆上的圆筒夹具固定在脐带缆夹具上，开启拉伸作动器，预紧脐带缆，调节两根推杆的间距，设置弯矩加载作动器的加载参数，点击试验机控制系统启动按钮即可。待实验结束，从试验机控制系统中读取实验数据。

拉伸弯曲疲劳试验：调整弯矩加载作动器推杆高度，使得推杆上的圆筒夹具、脐带缆夹具同轴，脐带缆穿过推杆上的圆筒夹具固定在脐带缆夹具上，开启拉伸作动器，预紧脐带缆，调节推杆的位置，设置弯矩加载作动器、拉伸作动器的加载参数，点击试验机控制系统启动按钮即可。待实验结束，从试验机控制系统中读取实验数据。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。