本发明专利技术一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法及装置，该试验装置包括万能试验机、下试验机夹具、下试样夹具、上试样夹具和上试验机夹具；该试验方法包括以下步骤：1)试样准备；2)试样组装：3)试样安装；4)设备准备；5)开始试验；6)试验终止；7)试验结果。本发明专利技术通过万能试验机对试样夹具施加交变的拉伸载荷，由此导致试样发生轴向伸长和回缩，实现同层试样之间和层间试样之间的磨损，测试后的将试样拆下，可通过观察损伤和测定单位长度试样的质量损失来判断磨损情况。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法及装置
：本专利技术属于材料磨损性能测试
，具体涉及一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法及装置。
技术介绍
：随着全球经济的发展，石油消费的需求不断增加，近十几年以来，由于陆上油气勘探与开发的程度已经较高，因此新发现的油气田规模较小，新增储量对世界油气增长的贡献降低。相比之下，世界海洋油气勘探迅速发展，其油气产量占世界总产量的比例不断增加。在海洋油气开发工程中，海底管道是海底油气输送的通道，也被称为海洋油气生产系统中的生命线，是海洋油气开发系统的重要组成部分，被广泛应用于悬跨管线、深海平台的立管以及边际油田的开采中。在深水环境开采中，输油管线长度大，在海流的作用下形状变化大，此时钢管已经不适用，而复合材料柔性管道具有明显的优势。由于柔性管在安装和服役过程中，会受到内外压力、轴向拉伸、弯曲、扭转等多种载荷，存在着压溃、屈曲、疲劳、屈服等多种失效形式，因此为了满足服役要求，柔性管采用了多层复合结构，并使用金属材料(或非金属复合材料)作为承载各类力学载荷的材料。目前柔性立管的主流结构是各层之间相对独立的非粘结结构，其中的抗拉铠装层是一层螺旋缠绕的矩形截面的钢材(或非金属复合材料)线缆，用于承载管道的轴向拉伸载荷。由于非粘结型柔性立管的各层相对独立，因此在各类载荷的作用下，层间存在相对运动，由此因此的增强材料的磨损问题就不容忽视。APIRP17B和APISPEC17J是目前国际上公认的海洋石油领域应用的柔性管的制造和评价标准，其中要求供货商对铠装层进行耐磨测试，并提供必要的数据以证明管材的可靠性，但标准内并没有对具体的试验程序进行描述。分析非粘结型柔性立管的实际受力情况，主要承受内外部流体压力和轴向拉伸载荷，由此导致各层产生径向位移，从而引起层间磨损。各层(如，抗拉铠装层)之间的相对运动幅度很小、位移速率低、摩擦以静摩擦和滑动摩擦为主。因此，目前主要采用的磨损测试方法如GB/T12444、GB/T5478、GB3960属于材料性能测试(如测定摩擦系数等)，并不能模拟实际应用的情况，也无法评价立管使用的耐磨层的实际保护效果。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对现有试验技术的不足，提供了一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法及装置。为达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现：一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，包括万能试验机、下试验机夹具、下试样夹具、上试样夹具和上试验机夹具；其中，工作时，测试试样夹持在下试样夹具和上试样夹具之间，且下试样夹具被夹持在万能试验机的下试验机夹具上，上试样夹具被夹持在万能试验机的上试验机夹具上。本专利技术进一步的改进在于，下试样夹具上设置有下夹持柄，上试样夹具上设置有上夹持柄，下试样夹具通过下夹持柄被夹持在万能试验机的下试验机夹具上，上试样夹具通过上夹持柄被夹持在万能试验机的上试验机夹具上。本专利技术进一步的改进在于，下试样夹具和上试样夹具均包括可拆卸且配合使用的第一试样夹具和第二试样夹具，第一试样夹具和第二试样夹具之间形成用于夹持测试试样的试样槽。本专利技术进一步的改进在于，第一试样夹具和第二试样夹具上均开设有螺纹孔，且第一试样夹具和第二试样夹具之间通过设置在螺纹孔处的紧固螺栓连接在一起。一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法，该试验方法基于上述一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，包括以下步骤：1)试样准备：使用拉伸铠装层的装甲线制取平直的样条作为测试试样；2)试样组装：将测试试样等分为2组，每组测试试样紧密排列且端部平齐，两组测试试样交叉重叠，轴向交叉角度等于柔性立管内铠甲线的实际层间缠绕夹角，将组合后的测试试样的一侧端部夹持在下试样夹具，将组合后的测试试样的另一侧端部夹持在上试样夹具内，且每组测试试样的铺设方向同此轴向的夹角相同；3)试样安装：控制万能试验机，使下试验机夹具和上试验机夹具分别夹紧对应的下试样夹具和上试样夹具；4)设备准备：控制万能试验机，施加500N的预紧拉伸力，确保各处夹持良好，载荷清零；5)开始试验：控制万能试验机，采用力值控制模式，以速率v1匀速增加拉伸载荷至F1，保载时间t1，而后以速率v2匀速减小拉伸载荷至F2，保载时间t2，此为一个加载循环，而后重复加载循环直至试验周期规定的循环次数N，其中F1和F2不超过管道设计的轴向拉伸载荷，且F1＞F2；6)试验终止：完成试验周期的循环次数后，控制万能试验机，慢速卸除拉伸载荷至0N，松开下试验机夹具和上试验机夹具，拆下带有下试样夹具和上试样夹具的测试试样，取下测试试样；7)试验结果：使用肉眼和光学显微镜观察每根测试试样中部的磨损情况，截取测试试样中部叠合部分，称量质量并同标准质量对比，计算质量损失。本专利技术进一步的改进在于，步骤3)中，下试样夹具上设置有下夹持柄，上试样夹具上设置有上夹持柄，夹持时，要求下夹持柄和上夹持柄的轴心同下试验机夹具和上试验机夹具的轴心重合。本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提供的一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，包括万能试验机、下试验机夹具、下试样夹具、上试样夹具和上试验机夹具，其中测试试样经由两端的试验夹具紧固，通过万能试验机对试样夹具施加交变的拉伸载荷，由此导致试样发生轴向伸长和回缩，实现同层试样之间和层间试样之间的磨损。测试后的将试样拆下，可通过观察损伤和测定单位长度试样的质量损失来判断磨损情况。本专利技术提供的一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法，试验时，每套试样夹具由可拼合的两部分组成，并通过紧固螺栓固定。试样夹具内侧设有试样槽，用以容纳和固定试样端部，为了保证试样端部在槽内固定紧密，可在试样槽表面加工齿痕，并可使用粘接剂。此方法也可用于评价耐磨层的防护效果。该方法模拟实际服役载荷条件下的径向位移，磨损试样使用与管道抗拉铠装层铠甲线同材质同规格(如矩形截面的钢甲线)的平直样条，将多排样条紧密夹持在2套拉伸夹具之间，各排样条同夹具中线之间存在夹角(等同于管道中抗拉铠装层铠甲线沿管道轴向的实际缠绕角度)且相邻2排样条的铺设角度相反(即交叉铺设)。通过夹具对样条施加交变的拉伸载荷，则样条随之发生伸长和回缩，对应于拉伸轴向的角度也将发生交变的变化，由此实现样条之间的磨损。若在每根样条(或每排样条)之间增加耐磨材料，即可评估实际的防护效果。概括来说，本专利技术具有以下几点优点：1、本专利技术测试方法设计合理，试验装置简单，测试结果直观；2、试验装置中样品的材料和规格与实际管材等同，加载方式(磨损的诱因)也模拟了实际服役情况，所得结果可以表征最终产品的耐磨损性能；3、试样之间增加耐磨材料，还可评价其防护效果；4、试验过程中试样的有效评价区域处于开放状态，可添加其他的测试手段，如利用红外测温计检测磨损引起的试样发热等。附图说明：图1为本专利技术一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置的结构示意图；图2为测试试样的夹持状态示意图；图3为试样夹具的组合示意图。具体实施方式：下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明。如图1至图3所示，本专利技术提供的一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，包括万能试验机1、下试验机夹具2、下试样夹具3、上试样夹具5和上试验机夹具6；其中，下试样夹具3上设置有下夹持柄301，上试样夹具5上设置有上夹持柄501，下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，其特征在于，包括万能试验机(1)、下试验机夹具(2)、下试样夹具(3)、上试样夹具(5)和上试验机夹具(6)；其中，工作时，测试试样(4)夹持在下试样夹具(3)和上试样夹具(5)之间，且下试样夹具(3)被夹持在万能试验机(1)的下试验机夹具(2)上，上试样夹具(5)被夹持在万能试验机(1)的上试验机夹具(6)上。
【技术特征摘要】
1.一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，其特征在于，包括万能试验机(1)、下试验机夹具(2)、下试样夹具(3)、上试样夹具(5)和上试验机夹具(6)；其中，工作时，测试试样(4)夹持在下试样夹具(3)和上试样夹具(5)之间，且下试样夹具(3)被夹持在万能试验机(1)的下试验机夹具(2)上，上试样夹具(5)被夹持在万能试验机(1)的上试验机夹具(6)上。2.根据权利要求1所述的一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，其特征在于，下试样夹具(3)上设置有下夹持柄(301)，上试样夹具(5)上设置有上夹持柄(501)，下试样夹具(3)通过下夹持柄(301)被夹持在万能试验机(1)的下试验机夹具(2)上，上试样夹具(5)通过上夹持柄(501)被夹持在万能试验机(1)的上试验机夹具(6)上。3.根据权利要求1所述的一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，其特征在于，下试样夹具(3)和上试样夹具(5)均包括可拆卸且配合使用的第一试样夹具(9)和第二试样夹具(10)，第一试样夹具(9)和第二试样夹具(10)之间形成用于夹持测试试样(4)的试样槽。4.根据权利要求3所述的一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，其特征在于，第一试样夹具(9)和第二试样夹具(10)上均开设有螺纹孔(9)，且第一试样夹具(9)和第二试样夹具(10)之间通过设置在螺纹孔(9)处的紧固螺栓(7)连接在一起。5.一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验方法，其特征在于，该试验方法基于权利要求1至4中任一项所述的一种模拟柔性立管铠装层层间磨损的试验装置，包括以下步骤：1)试样准备：使用拉伸铠装层的装甲线制取平直的样条作为测试试样(4)；2)试样组装：将测试...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁楠，戚东涛，李厚补，邵晓东，蔡雪华，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11
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