一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置转让专利
申请号 : CN202010719344.3
文献号 : CN112198072B
文献日 : 2021-08-10
发明人 : 卢青针 , 杨志勋 , 秦安壮 , 阎军 , 史冬岩 , 吴尚华 , 袁振卿 , 邹科 , 陈金龙 , 尹原超 , 胡海涛 , 英玺蓬 , 周保顺 , 苏琦 , 步宇峰 , 何东泽 , 王立夫 , 殷旭 , 朱鹏程 , 毛彦东 , 邢程程
申请人 : 大连理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置,其特征在于包括:下操作台和上操作台,所述上操作台固定连接在下操作台的上端;
所述上操作台上固定连接有齿轮电机(5),所述齿轮电机(5)与齿轮(4)啮合连接,所述齿轮(4)连接在连接柱(6)上,所述连接柱(6)的顶端固定连接有液压装置(3),所述连接柱(6)的下端固定连接有固定板(61),所述固定板(61)的上表面固定连接有第二齿轮电机(9),所述第二齿轮电机(9)与带齿条的滑动装置(8)相连接,所述固定板(61)上设置有滑轨(10),所述固定板(61)的下表面上、与所述滑动装置(8)固定连接有用于紧固待测试管缆的固定装置(11),工作状态下:齿轮电机(5)运动带动与液压装置(3)连接的齿轮(4)进行圆周转动、进而带动连接柱(6)运动从而实现测试管缆在水平面内的圆周运动,通过第二齿轮电机(9)运动、进而带动带齿条的滑动装置(8)在滑轨(10)内的往复运动;
所述下操作台上固定连接有第三齿轮电机(19),所述第三齿轮电机(19)与带齿轮边的可滑动连接块(18)相连接,所述可滑动连接块(18)与第一球铰链(17‑1)相连接,待测试管缆通过第一球铰链(17‑1)连接在下操作台上,其中待测试管缆的两端连接有夹持装置(14),待测试管缆的中部连接有拉伸装置(15),所述拉伸装置(15)的底端连接有第二球铰链(17‑2),所述第二球铰链(17‑2)上连接有第四齿轮电机(20);待测试管缆的拉伸过程:通过操作第三齿轮电机(19)的转动、带动带齿条边的可滑动连接块(18)运动从而带动与其连接的第一球铰链(17‑1)运动、进而带动夹持装置(14)运动;待测试管缆的交变弯曲力学行为过程:通过第四齿轮电机(20)的上下运动、带动与其连接的第二球铰链(17‑2)的竖直方向往复运动、进而带动待测试管缆的上连接的拉伸装置(15)上下运动。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置,其特征还在于:所述夹持装置(14)包括与待测试管缆相连接的连接端(21)、可旋转连接块(22)、带螺纹的夹持端(23)和螺环(24),将可旋转连接块(22)与待测试管缆对接、旋转可旋转连接块(22)和螺环(24)使夹持端(23)夹紧待测试管缆。
3.根据权利要求1所述的一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置,其特征还在于:所述滑动装置(8)的上表面固定连接有盖板(7)。
说明书 :
一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置
技术领域
背景技术
缆,其结构通常由相应的功能构件及加强构件如铠装钢丝等组成。针对不同的工程需求,选
用相应功能的管缆;海缆主要负责为海底采油设备提供电能;脐带缆连接于水上浮体与海
底装备之间,为海底管汇提供电力、信号传输等实现远程控制;柔性管道主要负责装备之间
的油气输送,如图1所示。
几年后就发生了疲劳失效。其中与浮式平台连接处的顶部位置,受到极大的自重引起的拉
伸荷载,同时受到恶劣海况和大幅度浮体运动引起的反复弯曲荷载,是疲劳失效最危险部
位。疲劳失效是动态缆结构最主要的失效模式,是工程界与学术界关注的热点问题。但是,
海洋柔性管缆结构内部螺旋缠绕形式的各构件由于受到拉力作用而对内部产生挤压力,从
而使得构件间存在摩擦力作用。在弯曲过程中,螺旋构件克服摩擦力从粘滞状态逐渐过渡
到相对滑动状态,在反复弯曲过程中进一步产生了磨损损伤,如图2所示。因此,海洋柔性管
缆结构在摩擦磨损和交变荷载的共同作用下,内部螺旋缠绕构件上的摩擦应力和交变应力
在接触滑动过程中实时相互影响,可见摩擦磨损与交变应力之间存在明显的耦合效应;而
且构件所产生的物理损伤,将加速疲劳裂纹萌生和扩展,从而明显降低交变荷载作用下构
件的疲劳寿命。
应力后,基于光滑构件的线性累积损伤理论进行疲劳分析,计算出来的寿命过于保守,需要
采用相关规范推荐的10倍安全系数。随着动态缆应用工况越来越苛刻,如深水及超深水的
极端荷载,浮式风电或海洋开采平台的大幅度运动等工况下,柔性管缆疲劳寿命的不准确
预测使得合理设计变得越发困难。
发明内容
固定板,所述固定板的上表面固定连接有第二齿轮电机,所述第二齿轮电机与带齿条的滑
动装置相连接,所述固定板上设置有滑轨,所述固定板的下表面上、与所述滑动装置固定连
接有用于紧固待测试管缆的固定装置,工作状态下:齿轮电机运动带动与液压装置连接的
齿轮进行圆周转动、进而带动连接柱运动从而实现测试管缆在水平面内的圆周运动,通过
第二齿轮电机运动、进而带动带齿条的滑动装置在滑轨内的往复运动;
接在上操作台上,其中待测试管缆的两端连接有夹持装置,待测试管缆的中部连接有拉伸
装置,所述拉伸装置的底端连接有第二球铰链,所述第二球铰链上连接有第四齿轮电机;待
测试管缆的拉伸过程:通过操作第三齿轮电机的转动、带动带齿条边的可滑动连接块运动
从而带动与其连接的第一球铰链运动、进而带动夹持装置运动;待测试管缆的交变弯曲力
学行为过程:通过第四齿轮电机的上下运动、带动与其连接的第二球铰链的竖直方向往复
运动、进而带动待测试管缆的上连接的拉伸装置上下运动。
端夹紧待测试管缆。
验工况的组合试验,例如拉弯试验、摩擦试验、磨损试验及多工况复合试验,该装置的夹持
装置可以进行半径调整,可对多种管径不一样的管道进行试验、还可以对两种不同管径的
管道进行挤压、摩擦等多种不同形式的复合试验,因此该装置实现了相互接触构件摩擦磨
损和弯曲交变应力共同作用,可以测试两种力学行为的耦合效应。
附图说明
申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,
还可以根据这些附图获得其他的附图。
块、19、第三齿轮电机,20、第四齿轮电机,21、连接端,22、可旋转连接块,23、带螺纹的夹持
端,24、螺环。
具体实施方式
2和上操作台1,所述上操作台1固定连接在下操作台2的上端。其中上操作台1上固定连接有
齿轮电机5,齿轮电机5与齿轮4啮合连接,齿轮4连接在连接柱6上,连接柱6的顶端固定连接
有液压装置3,连接柱6的下端固定连接有固定板61,固定板61的上表面固定连接有第二齿
轮电机9,第二齿轮电机9与带齿条的滑动装置8相连接,固定板61上设置有滑轨10,第二齿
轮电机9运动带动滑动装置8在滑轨10上往复运动,固定板61的下表面上、与所述滑动装置8
固定连接有用于紧固待测试管缆的固定装置11。
动,进而可实现对与其接触的测试管缆施加挤压作用,另一方面通过齿轮电机5的运动、带
动与液压装置连接的齿轮4的圆周转动,进而带动连接柱6实现测试管缆在水平面内的圆周
运动,实现接触挤压角度的控制。另外通过带第二齿轮电机9的运动、进而带动带齿条的滑
动装置8在滑轨10内的往复运动,并且在带齿轮的滑动装置8上有盖板7,防止带齿轮的滑动
装置8运动时,造成其它方向的移动。
管缆通过第一球铰链17‑1连接在上操作台上,其中待测试管缆的两端连接有夹持装置14,
待测试管缆的中部连接有拉伸装置15,所述拉伸装置15的底端连接有第二球铰链17‑2,所
述第二球铰链17‑2上连接有第四齿轮电机20;待测试管缆的拉伸过程:通过操作第三齿轮
电机19的转动、带动带齿条边的可滑动连接块18运动从而带动与其连接的第一球铰链17‑1
运动、进而带动夹持装置14运动;待测试管缆的交变弯曲力学行为过程:通过第四齿轮电机
20的上下运动、带动与其连接的第二球铰链17‑2的竖直方向往复运动、进而带动待测试管
缆的上连接的拉伸装置15上下运动。
步夹紧,进而将管道固定。之后操作如下:通过操作第三齿轮电机19的转动,带动带齿条边
的可滑动连接块18的运动,实现与其连接的第一球铰链17‑1的运动,进而带动另一测试管
缆上安装的夹持装置14运动,实现该构件16的拉伸效应。另一方面,通过第四齿轮电机20的
上下运动,带动与其连接的第二球铰链17‑2的竖直方向往复运动、带动另一测试管缆16上
连接的拉伸装置15运动、进而实现该构件的交变弯曲力学行为。
道固定,将试件B通过夹持装置14固定于下操作台上,如图3所示。
用。微调第三齿轮电机19的转动位移直到构件B所承受的拉伸荷载为预定的拉伸荷载值。
设定交变频率和弯曲应力幅值的大小,实现构建在需求的频率和运动幅值设定上的往复运
动。
劳断裂破坏停止实验。
最终形成完整实验报告。
连接构件于驱动器的装置为球铰链,其可以抵消由于拉伸作用而导致的附加弯矩效应,实
验装置中弯曲交变力学行为通过环形套牵引下部构件上下往复运行进而实现的,因此,弯
曲交变应力幅值具有可调节性,模拟更为广泛的实际工况,并且上下构件夹持装置可以同
时固定多根构件,用于模拟多构件接触摩擦磨损与交变应力的耦合效应,该实验装上驱动
装置为独立的控制系统,具有可编程调控性,通过各个通道的单独控制方便模拟不同实际
情况下构件摩擦磨损与交变应力的耦合效应。
发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。