水下缆弯曲刚度的测试方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及水下缆，尤其涉及水下缆弯曲刚度的测试方法。
【背景技术】
[0002] 海洋工程中使用的各种水下缆（特别是脐带缆）由于内部各螺旋单元的结构复 杂，在水下缆的受弯过程中各结构单元会随着弯曲半径的减小而发生相互滑移现象，从而 导致水下缆的弯曲刚度会随着弯曲半径的减小而非线性地减小，直至各结构单元处于完全 滑移状态时水下缆的弯曲刚度值达到最小。而这个弯曲刚度值作为水下缆整体性能分析中 的基础参数将会很大程度上影响水下缆在波浪流复杂的海洋工况下的弯曲半径和端部张 力的变化，因此弯曲刚度值的精确与否显得尤为重要。
[0003]目前，水下缆（特别是脐带缆）的弯曲刚度完全通过理论公式计算得到，其计算得 到的弯曲刚度是否准确则无法进行验证，而且由于理论计算忽略了缆内部螺旋单元之间相 互挤压和摩擦滑移的影响，所计算得到的弯曲刚度值也只是假设在水下缆内部各结构单元 处于完全滑移状态时的最小值，而对于水下缆在弯曲过程中，其曲率与弯曲刚度的具体变 化关系则无法得到直观的验证。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可测试得到水下缆（特别是脐带缆）在弯 曲过程中各阶段的弯曲刚度值，同时还可得到水下缆曲率与弯曲刚度变化曲线的水下缆弯 曲刚度的测试方法。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：水下缆弯曲刚度的测试方法，包 括以下具体步骤：
[0006] (1)、将水下缆的两端A、B处进行支撑，并使水下缆处于水平状态；
[0007] (2)、在水下缆位于两个支撑端A、B之间的中点C处设置第一位移传感器，并在水 下缆中点C的两侧附近D、E处分别设置第二位移传感器，两个第二位移传感器沿水下缆的 中点C对称，然后将第一位移传感器和第二位移传感器与控制系统电连接；
[0008] (3)、在水下缆上沿其中点C对称的两个位置G、H处分别固定力传感器，将力传感 器与控制系统电连接；
[0009] (4)、在水下缆上固定有力传感器的位置G、H处分别施加径向拉力F，并通 过关系式
得到水下缆在弯曲过程中的弯曲刚度，通过关系式
_得到水下缆在弯曲过程中的曲率，其中疋1表示水 下缆的弯曲刚度，1表示水下缆两个支撑端A、B之间的距离，a表示水下缆上的径向拉力加 载点到与其相对应一端的水下缆支撑端的距离，AC表示水下缆在受径向拉力后其中点C 产生的径向位移量，K表示水下缆的曲率，△ D表示水下缆在受径向拉力后其D点产生的径 向位移量，△ E表示水下缆在受径向拉力后其E点产生的径向位移量，b表示第二位移传感 器到水下缆的中点C的距离，同时控制系统绘制出水下缆的曲率与弯曲刚度之间的变化关 系曲线。
[0010] 所述的第二位移传感器到所述的水下缆的中点C的距离b为所述的水下缆两个支 撑端A、B之间的距离1的1/12。
[0011] 水下缆上的径向拉力加载点到与其相对应一端的水下缆支撑端的距离为所述的 水下缆两个支撑端A、B之间的距离1的1/4。
[0012] 所述的水下缆两个支撑端A、B之间的距离1为其成缆节距的至少一倍。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点是通过该测试方法可测试得到水下缆（特别是脐 带缆）在弯曲过程中各阶段的弯曲刚度值，还可测试得到水下缆在弯曲过程中的最小弯曲 刚度值，用于验证通过理论公式计算得到的最小弯曲刚度值的准确性，对于水下缆在弯曲 过程中其曲率与弯曲刚度的具体变化关系也可以通过曲线图得到直观的验证，同时测试得 到各阶段的弯曲刚度值也充分考虑了水下缆内部单元之间相互作用的影响，有利于更好的 对水下缆的性能进行分析。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的测试原理图；
[0015] 图2为本发明测试得到的水下缆的曲率K与弯曲刚度EI之间的变化关系曲线图。
【具体实施方式】
[0016] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0017] 如图所示，水下缆弯曲刚度的测试方法，包括以下具体步骤：
[0018] (1)、将水下缆的两端A、B处进行支撑，水下缆两个支撑端A、B之间的距离1为其 成缆节距的两倍，并使水下缆处于水平状态；
[0019] (2)、在水下缆位于两个支撑端A、B之间的中点C处设置第一位移传感器（图中未 显示），并在水下缆中点C的两侧D、E处分别设置第二位移传感器（图中未显示），两个第 二位移传感器沿水下缆的中点C对称，且第二位移传感器到水下缆的中点C的距离b为水 下缆两个支撑端A、B之间的距离1的1/12,然后将第一位移传感器和第二位移传感器与控 制系统电连接；
[0020] (3)、在水下缆上沿其中点C对称的两个位置G、H处分别固定力传感器（图中未显 示），将力传感器与控制系统电连接；
[0021] (4)、在水下缆上固定有力传感器的位置G、H处施加径向拉力F，径向拉力F的加 载点到与其相对应一端的水下缆支撑端的距离a为水下缆两个支撑端A、B之间的距离1的 1/4,并通过关系式
得到水下缆在弯曲过程中的弯曲刚度，通过关系式
得到水下缆在弯曲过程中的曲率，其中：EI表示水下 缆的弯曲刚度，A C表示水下缆在受径向拉力后其中点C产生的径向位移量，K表示水下缆 的曲率，△ D表示水下缆在受径向拉力后其D点产生的径向位移量，△ E表示水下缆在受径 向拉力后其E点产生的径向位移量，同时控制系统绘制出水下缆的曲率K与弯曲刚度EI之 间的变化关系曲线。
【主权项】
1. 水下缆弯曲刚度的测试方法，其特征在于包括以下具体步骤： (1) 、将水下缆的两端A、B处进行支撑，并使水下缆处于水平状态； (2) 、在水下缆位于两个支撑端A、B之间的中点C处设置第一位移传感器，并在水下缆 中点C的两侧附近D、E处分别设置第二位移传感器，两个第二位移传感器沿水下缆的中点 C对称，然后将第一位移传感器和第二位移传感器与控制系统电连接； (3) 、在水下缆上沿其中点C对称的两个位置G、H处分别固定力传感器，将力传感器与 控制系统电连接； (4) 、在水下缆上固定有力传感器的位置G、H处分别施加径向拉力F，并通过下缆的弯曲刚度，1表示水下缆两个支撑端A、B之间的距离，a表示水下缆上的径向拉力加 载点到与其相对应一端的水下缆支撑端的距离，AC表示水下缆在受径向拉力后其中点C 产生的径向位移量，K表示水下缆的曲率，AD表示水下缆在受径向拉力后其D点产生的径 向位移量，△E表示水下缆在受径向拉力后其E点产生的径向位移量，b表示第二位移传感 器到水下缆的中点C的距离，同时控制系统绘制出水下缆的曲率与弯曲刚度之间的变化关 系曲线。2. 如权利要求1所述的水下缆弯曲刚度的测试方法，其特征在于所述的第二位移传感 器到所述的水下缆的中点C的距离b为所述的水下缆两个支撑端A、B之间的距离1的1/12。3. 如权利要求1所述的水下缆弯曲刚度的测试方法，其特征在于水下缆上的径向拉力 加载点到与其相对应一端的水下缆支撑端的距离为所述的水下缆两个支撑端A、B之间的 距离1的1/4。4. 如权利要求1所述的水下缆弯曲刚度的测试方法，其特征在于所述的水下缆两个支 撑端A、B之间的距离1为其成缆节距的至少一倍。
【专利摘要】本发明公开了水下缆弯曲刚度的测试方法，特点是将水下缆的两端进行支撑，并使水下缆处于水平状态，在水下缆位于两个支撑端之间的中点处设置第一位移传感器，并在水下缆中点的两侧附近分别设置第二位移传感器，然后将第一位移传感器和第二位移传感器与控制系统电连接，在水下缆上沿其中点对称的两个位置处分别固定力传感器，将力传感器与控制系统电连接，在水下缆上固定有力传感器的位置处施加径向拉力，并通过关系式得到水下缆在弯曲过程中的弯曲刚度和曲率，同时控制系统绘制出水下缆的曲率与弯曲刚度之间的变化关系曲线；优点是通过该测试方法可测试得到水下缆的弯曲刚度值，并可用于验证通过理论公式计算得到的最小弯曲刚度值的准确性，对于水下缆在弯曲过程中其曲率与弯曲刚度的具体变化关系也可以通过曲线图得到直观的验证。
【IPC分类】G01N3/20
【公开号】CN105043896
【申请号】CN201510345085
【发明人】孙梦挺, 林躜, 夏峰, 陈凯, 张雷, 朱艳杰
【申请人】宁波东方电缆股份有限公司, 浙江大学宁波理工学院
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月18日