本发明涉及动态缆测试，具体涉及一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备及方法。
背景技术：
1、动态缆是海洋风电场、海洋油气开发的重要装备，用于连接水下生产系统与水上浮体，是电能、控制信号的传输通道。动态缆与浮式平台连接处的顶部位置受到较大的自重引起的拉伸荷载，同时受到恶劣工况和大幅度浮体运动引起的反复弯曲荷载，极易发生疲劳失效。由于动态缆属于多层螺旋缠绕式结构，拉力大小将显著影响构件间的非线性弯曲行为，进而导致疲劳应力难以准确预测。因此，准确快速分析动态缆受拉弯组合荷载下的非线性力学响应是其疲劳寿命设计的关键。
2、在动态缆疲劳设计过程中，不同的本构模型会引起单元内部应力的极大差异，进而影响疲劳寿命计算的准确性。动态缆的弯曲行为可分为粘滞段、粘滑段与全滑段三个阶段，弯曲内力呈明显非线性。通过有限元计算可以得到动态缆的非线性弯曲行为，但有限元方法中部分参数难以获得，且动态缆螺旋缠绕单元的层数多，接触形式复杂，导致有限元方法的计算效率较低，计算结果的准确性难以得到验证。因此需要通过试验方法对动态缆进行拉弯组合模拟试验，研究拉力大小对动态缆非线性弯曲行为的影响规律。
3、在进行动态缆拉弯组合实验中，存在多种因素的影响导致试验的不准确性与试验误差，当前现有的拉弯组合试验装置中四点弯曲桁架的摩擦阻力过大且未考虑样缆自重带来的影响，导致试验中测得的力值偏大。同时，当前试验采用应变片、顶针式位移计等接触式测量方法容易受样缆局部缺陷的影响，难以保证试验结果的准确性，因此，如何提供一种能够避免重力对样缆弯曲行为影响和接触式位移计带来的测试误差的设备，是本领域技术人员急需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备及方法，本发明能够避免重力对样缆弯曲行为影响和接触式位移计带来的测试误差。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一方面，本发明提供了一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，包括：
4、弯曲加载装置，所述弯曲加载装置包括弯曲作动器、连接架、固定夹具以及矩形框架，样缆通过两个固定夹具分别与两个所述矩形框架滑动连接，所述连接架的两端分别与两个所述固定夹具连接，所述连接架与所述弯曲作动器连接，所述连接架上均匀分布有多个非接触式激光位移传感器；
5、拉伸加载装置，所述拉伸加载装置包括三角支架、拉伸作动器和铰支座，样缆的两端分别与所述铰支座转动连接，所述拉伸作动器的一端固定于所述三角支架上，所述拉伸作动器的另一端通过其中一个所述铰支座与样缆相连，另一个所述铰支座与所述三角支架连接；
6、四个加载点分别为两个所述固定夹具与样缆的夹持位置，以及两个所述铰支座与样缆的连接位置。
7、可选的，所述连接架为双臂式结构，所述连接架的顶部中心位置与所述弯曲作动器卧式连接，所述连接架的底部两端与所述固定夹具中心在同一直线上，且该直线与所述弯曲作动器的输出方向一致。
8、可选的，所述矩形框架通过螺栓与测试地面上的水平沟槽相连，且两个所述矩形框架以所述弯曲作动器中心位置为轴线呈对称分布。
9、可选的，所述矩形框架的上下横梁为限制轨道，所述固定夹具通过滚轮与所述限制轨道相连。
10、可选的，所述固定夹具包括多个组合的夹板，每一个夹板上均设置有转辊。
11、可选的，所述拉伸作动器通过螺栓与所述铰支座相连。
12、另一方面，本发明提供了一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验方法，具体包括：
13、s10：通过拉伸作动器，利用力控制方法为样缆施加恒定拉力荷载t，并通过作动器所带的力传感器进行测量；
14、s20：通过弯曲作动器，利用位移控制方法对样缆施加多次往复弯曲荷载f，通过弯曲作动器所带的力传感器进行测量，通过弯曲作动器所带位移传感器测量弯曲加载往复距离h；
15、s30：在连接架上利用胶水连续布置多个固定间距δl的非接触式激光位移传感器，实时测量弯曲过程中样缆与横梁间的距离h，非接触式位移传感器距离加载点的距离l可根据试验装置与场地情况布置并测量，试验中连接架距离固定夹具的距离h0，四个加载点距离l1、l2、l3；
16、s40：通过对试验过程中关键参数的测量，计算得样缆在拉弯组合过程中所受的弯矩与曲率；
17、样缆所受水平方向拉力分量为：
18、
19、样缆在非接触式激光位移传感器处所受弯矩为：
20、
21、样缆的曲率可由几何关系确定：
22、
23、其中：
24、可选的，在试验前对样缆进行预拉伸加载消除样缆初始缺陷对试验结果的影响。
25、可选的，增加非接触式激光位移传感器数量或采用基于图像识别的测量方法减小试验误差。
26、本发明的有益效果在于：
27、(1)试验系统采用了水平加载方式，避免了重力对样缆弯曲行为的影响。
28、(2)试验系统的中间两加载点采用了点接触式加载，该接触方式减小了加载点附近区域的边界影响，更接近四点弯曲理论模型中加载点的要求。
29、(3)试验系统采用了非接触式的位移测量手段，避免了接触式位移计自身带来的测试误差。
30、(4)试验系统解除了被测样缆的转动约束，可保证样缆所受拉力可持续沿样缆轴向方向。
31、(5)试验系统通过滑轨限制了样缆的空间变形，使样缆仅发生平面弯曲，因此非接触式激光位移传感器所测得的变形量即为该截面的真实变形。
32、(6)试验系统可通过调节相邻夹板的间距以适配不同尺寸的样缆。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显。
1.一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，其特征在于，所述连接架为双臂式结构，所述连接架的顶部中心位置与所述弯曲作动器卧式连接，所述连接架的底部两端与所述固定夹具中心在同一直线上，且该直线与所述弯曲作动器的输出方向一致。
3.根据权利要求1所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，其特征在于，所述矩形框架通过螺栓与测试地面上的水平沟槽相连，且两个所述矩形框架以所述弯曲作动器中心位置为轴线呈对称分布。
4.根据权利要求1所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，其特征在于，所述矩形框架的上下横梁为限制轨道，所述固定夹具通过滚轮与所述限制轨道相连。
5.根据权利要求1所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，其特征在于，所述固定夹具包括多个组合的夹板，每一个夹板上均设置有转辊。
6.根据权利要求1所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，其特征在于，所述拉伸作动器通过螺栓与所述铰支座相连。
7.一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验方法，其特征在于，包括权利要求1～6任意一项所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验设备，试验方法具体包括：
8.根据权利要求7所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验方法，其特征在于，在试验前对样缆进行预拉伸加载消除样缆初始缺陷对试验结果的影响。
9.根据权利要求7所述的一种非接触式动态缆水平拉弯组合试验方法，其特征在于，增加非接触式激光位移传感器数量或采用基于图像识别的测量方法减小试验误差。
