一种对管道循环施加弯矩的疲劳试验方法

摘要

本发明实施例公开了一种对管道循环施加弯矩的疲劳试验方法，包括：S100、将待测管道的其中一端以预设点为中心可旋转地设置；S200、将待测管道的另一端连接于能够以与所述待测管道的两端的连接线平行的线为中心线环绕运动的驱动结构上；S300、向待测管道中通入高压水；S400、以初始条件启动驱动结构，使待测管道以初始弯矩加载状态进行运转；S500、当待测管道达到预设稳定值时，调整驱动结构至工作条件，对待测管道循环施加工作弯矩。通过上述设置，实现了对待测管道的整体的弯矩的多向循环加载和内部压力的同步加载，且相较于现有的加载装置，其具有更为稳定的加载效果。

说明书

技术领域

本发明实施例涉及管道的弯矩加载方法技术领域，具体涉及一种对管道循环施加弯矩的疲劳试验方法。

背景技术

随着对海洋资源的开发，不仅是深海养殖业等传统行业得到了更大的关注，深海采矿和深海油田同样受到了世界各国的研究。海洋立管作为一种可靠的廉价的运输方式，在海洋工程中得到广泛的应用。立管通常连接与海上钻井平台和海底管道之间，海上钻井平台受到波浪、风荷载、内波等海洋环境影响，在海面上会发生往复运动，同时因设计要求和锚链的影响，平台对立管的拉力通常在安全范围内。但随着时间的流逝，管道在长时间的循环载荷作用下，内部微小结构裂痕会发展为大裂痕，进而造成管道局部破坏、断裂，甚至严重的会发生崩坏。所以研究管道的疲劳破坏对管道的设计安全很重要。

海洋立管在接触海底时，管道承受很大的弯矩载荷。在海上平台作业过程中，反复的平台运动带动管道上下浮动，使海底管道受到较大的循环弯矩载荷。现有的弯矩疲劳的实验方式多为采用四点弯加载装置对管道的局部进行弯矩的施加，这就导致弯曲位置的应力集中较大，无法有效的判断主要影响因素。同时，采用上述方式的现有加载装置多为利用液压油缸加载，弯矩加载行程有限，且由于油缸过热原因，频率无法提升，试验时间较长，进而造成的疲劳试验的局限性，导致无法长期稳定地进行疲劳试验的操作。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种对管道循环施加弯矩的疲劳试验方法，通过对待测管道的其中一端以预设点为中心可旋转地设置，从而对其其中一端进行有效的限位，在此基础上，通过驱动结构带动另一端以中心线为轴环绕运动，并向其中通入高压水，进而实现对待测管道的整体的弯矩的多向循环加载和内部压力的同步加载，且相较于现有的加载装置，其具有更为稳定的加载效果。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种对管道循环施加弯矩的疲劳试验方法，其特征在于，包括：

S100、将待测管道的其中一端以预设点为中心可旋转地设置；

S200、将待测管道的另一端连接于能够以与所述待测管道的两端的连接线平行的线为中心线环绕运动的驱动结构上；

S300、向待测管道中通入高压水；

S400、以初始条件启动驱动结构，使待测管道以初始弯矩加载状态进行运转；

S500、当待测管道达到预设稳定值时，调整驱动结构至工作条件，对待测管道循环施加工作弯矩。

作为本发明的一种优选方案，初始条件和工作条件至少包括驱动结构的转动速度，且初始条件下的转动速度小于工作条件下的转动速度。

作为本发明的一种优选方案，步骤S200中，所述中心线与所述待测管道的两端的连接线之间形成有环绕距离，所述驱动结构以所述中心线中远离所述待测管道的另一端的端部为环绕中心，且所述驱动结构的环绕端连接于所述待测管道的另一端上。

作为本发明的一种优选方案，步骤S400和步骤S500中还包括对待测管道中的压力进行保压控制。

作为本发明的一种优选方案，保压控制为采用加压泵的保压功能对待测管道中的内压进行恒定调节。

作为本发明的一种优选方案，步骤S300中的高压水的通入至少包括：

S301、在高压水提供结构与待测管道之间顺次连通设置缓冲区间和通入区间；

S302、分别开放高压水提供结构与缓冲区间之间的第一通路和缓冲区间与通入区间之间的第二通路，并使得第一通路的开放面积小于第二通路的开放面积；

S303、将高压水提供结构以顺次增加的供水速率逐级向待测管道中进行供水，至待测管道中的水压达到预定值。

作为本发明的一种优选方案，步骤S303包括第一供水速率和第二供水速率，且第一供水速率小于第二供水速率。

作为本发明的一种优选方案，当采用第一供水速率时，第一通路的开放面积记为S

当采用第二供水速率时，第一通路的开放面积记为S

S

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明实施例通过对待测管道的其中一端以预设点为中心可旋转地设置，从而对其其中一端进行有效的限位，在此基础上，通过驱动结构带动另一端以中心线为轴环绕运动，并向其中通入高压水，进而实现对待测管道的整体的弯矩的多向循环加载和内部压力的同步加载；进一步通过驱动结构的驱动，实现待测管道的纯弯矩加载，避免了传统四点弯曲方式中的应力过于集中而对待测管道的局部影响，降低了因此而产生的误差；通过初始条件和工作条件的顺次进行，稳定提升弯矩循环频率，减少试验时间，提高试验效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的疲劳试验方法的流程图；

图2为用于本发明实施例提供的疲劳试验方法的实验装置的结构示意图；

图3为用于本发明实施例提供的疲劳试验方法的实验装置的局部结构示意图；

图4为用于本发明实施例提供的疲劳试验方法的实验装置的驱动件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的驱动结构对待测管道的力的作用原理。

图中：

1-管道端部固定结构；2-水压加载结构；3-待测管道；4-弯矩加载结构；

11-传递腔；12-万向球；13-连接管；14-第一安装法兰；15-安装支架；

21-高压水管；

41-反力架；42-旋转球；43-驱动件；44-导力杆；45-第二安装法兰；

431-支撑架；432-伺服电机；433-制动齿轮；434-传动齿轮；435-限位孔；436-传力杆。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合一种具体的实验装置对本发明的疲劳试验方法进行进一步的阐述。

如图1所示，本发明提供了一种对管道循环施加弯矩的疲劳试验方法，包括：

S100、将待测管道3的其中一端以预设点为中心可旋转地设置；

S200、将待测管道3的另一端连接于能够以与所述待测管道3的两端的连接线平行的线为中心线环绕运动的驱动结构上；

S300、向待测管道3中通入高压水；

S400、以初始条件启动驱动结构，使待测管道3以初始弯矩加载状态进行运转；

S500、当待测管道3达到预设稳定值时，调整驱动结构至工作条件，对待测管道3循环施加工作弯矩。

针对性地，如图2所示，这里的实验装置包括设置于其中一端的管道端部固定结构1(用于可旋转地设置待测管道3的其中一端)，设置于另一端的弯矩加载结构4(用于连接待测管道3的另一端)，以及与所述管道端部固定结构1连通的水压加载结构2(用于向待测管道3中通入高压水)，且所述管道端部固定结构1与所述弯矩加载结构4之间形成有用于放置待测管道3的放置间隙。其中，待测管道3的两端分别焊接有连接法兰，并通过连接法兰分别将两端与管道端部固定结构1上的第一安装法兰14和弯矩加载结构4上的第二安装法兰45可拆卸地连接，水压加载结构2通过其中的高压水管21将高压水提供机构中的高压水输送到待测管道3中，待输入完成后，可以通过启动弯矩加载结构4对待测管道3施加循环弯矩。

具体地，如图3所示，管道端部固定结构1包括内部形成有腔体且具有开口的传递腔11，可旋转且密闭所述开口设置的万向球12，以及自所述万向球12向外延伸设置的用于连接待测管道3的连接结构，且所述传递腔11、所述万向球12和所述连接结构配合形成有贯通的液体通道。在实际工作过程中，水压加载结构2将高压水通过高压水管21输入传递腔11，后流向万向球12，并最终流入待测管道3。用于连接待测管道3的第一安装法兰14中心具有空洞，可以让水通过第一安装法兰14流入待测管道3，从而对待测管道3施加由内向外的压力。导力杆44和驱动件43上的传力杆436与反力架41上的旋转球42完全固定相连，旋转球42上形成有与反力架41的内表面相契合的螺纹，从而限制旋转球42沿反力架41上的球槽的轴线方向上的转动(这里的球槽的两端形成为开口，因此，这里的轴线方向即从开口的一端至另一端形成的轴线)，而不限制旋转球42在其他方向上的转动。通过上述设计，从而有效地限制待测管道3的轴向旋转，因此，在驱动件43的驱动作用下，待测管道3受到的弯矩方向会一直变化，实现循环弯矩的目的。同时，这样的设置方式是基于两端的配合旋转，避免了常规四点弯曲的局部弯矩的调节，避免了应力集中而造成的待测管道3受力不均等问题。这样的设置方式使得导力杆44能够以与所述待测管道的两端的连接线平行的线为中心线环绕运动，其作用原理如图5所示。

如图4所示，弯矩加载结构4上的驱动件43包括支撑架431(可以具体选择为反力架结构)，设置于所述支撑架431上的伺服电机432，连接于所述伺服电机432的输出端上的制动齿轮433，与所述制动齿轮433啮合且可转动地设置的传动齿轮434，以及偏心设置于所述传动齿轮434上的传力杆436，且所述传力杆436中远离所述传动齿轮434的一端连接于所述旋转球42上。当然，这里可以在传动齿轮434上偏心设置限位孔435，传力杆436穿过限位孔435且不与限位孔连接，以使得其能够在限位孔435中转动。在工作状态下，伺服电机432带动制动齿轮433转动，制动齿轮433带动传动齿轮434转动，同时使得传力杆436绕轴心旋转，并进而带动旋转球42在球槽内的旋转，从而有效地实现导力杆44的绕向旋转，并向待测管道3提供循环弯矩的加载。

在实际进行试验的过程中，初始条件和工作条件至少包括驱动结构的转动速度，且初始条件下的转动速度小于工作条件下的转动速度。

进一步优选的实施例中，为了使得驱动结构能够更好地实现环绕，从而带动待测管道3的一端进行环绕并实现弯矩的加载，步骤S200中，所述中心线与所述待测管道3的两端的连接线之间形成有环绕距离，所述驱动结构以所述中心线中远离所述待测管道3的另一端的端部为环绕中心，且所述驱动结构的环绕端连接于所述待测管道3的另一端上。即，如图5所示，位于最右侧的端点为环绕中心，导力杆44通过驱动件43的带动实现绕最右侧的端点为环绕中心进行转动，并传力给待测管道3，实现整体的环绕弯矩的加载。

进一步优选的实施例中，为了保持待测管道3内压的恒定，步骤S400和步骤S500中还包括对待测管道3中的压力进行保压控制。这里的保压控制可以采用加压泵的保压功能实现，水压加载结构2包括加压泵。

在本发明的一种更为优选的实施例中，为了更好地提高整体加压过程的稳定性，避免实验中的突然加压对待测管道1的受力影响而造成的实验误差等问题，步骤S300中的高压水的通入至少包括：

S301、在高压水提供结构与待测管道3之间顺次连通设置缓冲区间和通入区间；

S302、分别开放高压水提供结构与缓冲区间之间的第一通路和缓冲区间与通入区间之间的第二通路，并使得第一通路的开放面积小于第二通路的开放面积；

S303、将高压水提供结构以顺次增加的供水速率逐级向待测管道3中进行供水，至待测管道3中的水压达到预定值。

进一步优选的实施例中，为了更好地提高操作效率，保证实验效果，步骤S303包括第一供水速率和第二供水速率，且第一供水速率小于第二供水速率。具体地，当采用第一供水速率时，第一通路的开放面积记为S

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。