[发明专利]基于DIC的海洋柔性管道螺旋构件相对滑移的测量方法

说明书

本发明公开了基于DIC的海洋柔性管道螺旋构件相对滑移的测量方法，涉及海洋柔性管道结构响应分析领域，该方法包括确定管道横截面位置；剥离管道曲率平滑区域的管道外皮，露出最外层螺旋构件层；分别标识出管道横截面环线以及外曲率轴向直线；在每根螺旋构件外表面上标记mark点；基于DIC技术记录所有mark点的绝对位移矢量；将位于外曲率轴向直线上的mark点作为参考点，计算得到其他mark点相对于参考点的相对位移矢量；将除参考点外的各个mark点分别映射到参考点所在螺旋构件外表面的相同相位上，该方法解决了海洋柔性管道螺旋构件相对于内部组份滑移响应无法直接测量的问题，具有不破坏试件、与管体表面非接触等优点。

技术领域

本发明涉及海洋柔性管道结构响应分析领域，尤其是基于DIC的海洋柔性管道螺旋构件相对滑移的测量方法。

背景技术

海洋柔性管道是深水油气资源开发过程中一类重要的输运装备，通常由多层金属螺旋构件缠绕层非粘结复合而成，其中受力形式最为复杂的即为位于最外侧的抗拉螺旋构件。当管道同时受到轴向拉伸载荷与横向弯曲作用时，由于层间具有较大摩擦力，使得螺旋构件呈现出典型的粘-滑形态，即随着曲率逐渐增大，单根螺旋构件相对于内部圆柱组份的滑移形态变化将明显不同，进而引起螺旋构件应力响应显著变化。因此掌握螺旋构件相对滑移形态是准确评估海洋柔性管道在复杂载荷作用下极限强度和疲劳寿命的重要基础。当前国际上通常采用理论方法和数值方法对滑移形态进行分析，但都基于一定假设条件而无法反应其真实行为，因此需要采用试验测量方法获取海洋柔性管道螺旋构件相对滑移形态。

数字图像相关法(Digital Image Correlation，DIC)技术是一种基于物体表面散斑灰度分析，从而获得物体运动和变形信息的新型光测方法，具有光路简单、受外界影响小、测量范围与精度可调等优势。通过在被测物体表面标记散斑(mark点)、照明与相机图像采集、图形分析等流程，可实现全场信息非接触无损测量。DIC技术当前应用越来越广泛，国际上已经采用该技术进行过海洋柔性管道管径变化实时测量并取得成效。

采用DIC技术直接测量海洋柔性管道螺旋构件相对内部组份的滑移形态，在理想状态下，仅需要分别在螺旋构件表层和内部组份表层标记mark点，然后通过分析两个表层mark点的相对位移矢量即可直接获取螺旋构件的相对滑移情况。但是在现实状态中，内部组份被外部螺旋构件包裹且同层螺旋构件之间空隙非常小，导致无法在内部组份表层标记mark点，因此如何通过仅在螺旋构件表层标记mark点来测量螺旋构件相对内部组份的滑移形态是需要解决的关键问题。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了基于DIC的海洋柔性管道螺旋构件相对滑移的测量方法，本发明的技术方案如下：

基于DIC的海洋柔性管道螺旋构件相对滑移的测量方法，包括如下步骤：

对海洋柔性管道试件施加组合力，确定位于管道曲率平滑区域中心的管道横截面位置；

剥离管道曲率平滑区域的管道外皮，露出最外层螺旋构件层，最外层螺旋构件层包括多个紧密排列的单根螺旋构件；

在最外层螺旋构件层表面分别标识出管道横截面环线以及管道弯曲处的外曲率轴向直线，外曲率轴向直线为管体弯曲的最长轴线；

在每根螺旋构件外表面与管道横截面环线的交点处标记mark点；

利用光学摄像采集仪接收所有mark点反馈的光信息，并利用DIC技术记录所有mark点的绝对位移矢量；

将位于外曲率轴向直线上的mark点作为参考点，通过绝对位移矢量计算得到其他mark点相对于参考点的相对位移矢量；

除参考点外将管道横截面环线上的各个mark点分别映射到参考点所在的螺旋构件外表面的相同相位上，得到最外层螺旋构件层相对于内部组份的相对滑移分布。