本发明专利技术公开了一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置，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，所述齿轮电机与齿轮啮合连接，齿轮连接在连接柱上，连接柱的顶端固定连接有液压装置，该装置可以实现对海洋柔性管缆的单独拉伸、弯曲等试验，还可以进行多种试验工况的组合试验，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。
【技术实现步骤摘要】
一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置
本专利技术涉及大型管缆状试件实现摩擦、磨损、疲劳行为的结构体变形测试
，尤其涉及一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置。
技术介绍
我国海洋油气资源储量丰富，且大多数分布于南海等深水海域。而海缆、脐带缆以及柔性管道等是深海油气开采中不可或缺的装备之一。这类装备可统称为海洋柔顺性管缆，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。通过上述海洋柔性管缆结构特征分析可以发现海缆、脐带缆以及柔性管道为典型的多层多构件螺旋结构。柔性管缆结构设计一般要求至少25年的服役寿命，但有时只运行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。目前，针对这种复杂的摩擦磨损与交变应力相互耦合的结构疲劳失效机理尚不明确，疲劳寿命预测模型还不太成熟。现有理论往往通过理论或数值模型计算危险点的交变应力后，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。
技术实现思路
根据现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置，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，所述齿轮电机与齿轮啮合连接，所述齿轮连接在连接柱上，所述连接柱的顶端固定连接有液压装置，所述连接柱的下端固定连接有固定板，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构件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；所述下操作台上固定连接有第三齿轮电机，所述第三齿轮电机与带齿轮边的可滑动连接块相连接，所述可滑动连接块与第一球铰链相连接，待测试管缆通过第一球铰链连接在上操作台上，其中待测试管缆的两端连接有夹持装置，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。进一步的，所述夹持装置包括与待测试管缆相连接的连接端、可旋转连接块、带螺纹的夹持端和螺环，将可旋转连接块与待测试管缆对接、旋转可旋转连接块和螺环使夹持端夹紧待测试管缆。进一步的，所述滑动装置的上表面固定连接有盖板。由于采用了上述技术方案，本专利技术提供的一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置，该装置可以实现对海洋柔性管缆的单独拉伸、弯曲等试验，还可以进行多种试验工况的组合试验，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。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本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。图1为本专利技术中
技术介绍
的说明图；图2为本专利技术中
技术介绍
的说明图；图3为本专利技术装置的整体结构示意图；图4为本专利技术上操作台的结构示意图；图5为本专利技术下操作台的结构示意图；图6为本专利技术上操作台的结构示意图；图7为本专利技术夹持装置的结构示意图。图中：4、齿轮，5、齿轮电机，6、连接柱，61、固定板，8、滑动装置，9、第二齿轮电机，10、滑轨，11、固定装置，15、拉伸装置，17-1、第一球铰链、17-1、第二球铰链、18、可滑动连接块、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。具体实施方式为使本专利技术的技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：如图3所示的一种摩擦磨损与交变应力相互耦合的疲劳测试装置，通过操作实验装置即可实现两个螺旋缠绕构件之间的摩擦磨损与交变应力耦合力学行为，包括下操作台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。如图4和图6所示，上操作台1可以实现测试构件的转动、向下挤压以及沿固定滑道往复平移的功能。具体操作如下：通过操作液压装置3可实现与其相连装置在竖直方向的移动，进而可实现对与其接触的测试构件施加挤压作用，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实现测试构件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本文档来自技高网...
【技术保护点】
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；/n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)运动从而实现测试构件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；/n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。/n...
【技术特征摘要】
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)运动从而实现测试构件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)连接在上操作台...
【专利技术属性】
技术研发人员：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(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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