本发明涉及套管振动试验领域，具体是涉及一种顶张式套管强迫振动的试验系统，还涉及一种顶张式套管强迫振动的试验系统的试验方法。
背景技术：
1、顶张式套管是海洋平台系统的关键设备，主要应用于海洋油气井的钻井和生产过程中的油气水输送，由于其独特的结构特性和复杂的工作环境，顶张式套管在运行过程中经常会受到各种动态载荷，如平台运动、海浪、风、海流等的影响，这些动态载荷可能会诱发套管的振动。
2、目前试验设备主要是将管道等效为单层管开展模型试验，模拟管道受到的环境载荷及平台运动激励，但是无法满足多层套管的试验，以及数据收集，因此，发明者提出一种顶张式套管强迫振动的试验系统以及试验方法，用于解决上述问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，提供一种顶张式套管强迫振动的试验系统以及试验方法，通过三维导轨组件带动安装架，并由安装架带动万向节以及拉压力传感器抵接于套管模型的顶端，使得安装架、缓震器、万向节和拉压力传感器将顶张力和指定的横向强迫振动传递到套管模型的顶端，并由拉压力传感器实时测量和记录套管模型的顶张力，然后在套管模型上设置光纤光栅应变传感器，使得光纤光栅应变传感器对套管模型的振动进行监测，从而对套管模型在强迫振动下的动态耦合响应特性进行监测，实现了试验系统能够满足多层套管模型的监测，并获取准确的管层受力与运动状态数据，解决了试验系统只能对单层套管进行试验的问题。
2、为解决现有技术问题，本发明提供一种顶张式套管强迫振动的试验系统，包括试验支撑架，所述试验支撑架的顶端固定有三维导轨组件，所述三维导轨组件的中心处安装有安装架，所述安装架的一侧活动设置有用于缓震器，且缓震器的底端安装有能够拆卸的万向节，且万向节的底端安装有用于监测张紧力的拉压力传感器，所述拉压力传感器的底端固定有套管模型,所述套管模型上设置有用于监测振动的光纤光栅应变传感器，且所述套管模型的底端安装于金属安装底座的内部，以便于对套管模型在强迫振动下的动态耦合响应特性进行监测。
3、作为本发明的一种技术方案，所述套管模型的包括有外管，所述外管的顶端设置有第一法兰，且外管的内部设置有安装有内管，所述内管的顶端设置有第二法兰，所述第二法兰的中心处贯穿设置有能够与拉压力传感器底端螺柱连接的内螺纹孔，以便于拉压力传感器对套管模型顶端的张紧力进行监测。
4、作为本发明的一种技术方案，所述外管以及内管上均安装有用于对振动监测的光纤光栅应变传感器，以便于光纤光栅应变传感器收集外管以及内管振动时内部的应变情况。
5、作为本发明的一种技术方案，所述试验支撑架底端上端面的靠近后侧位置固定有解调仪，所述解调仪能够与光纤光栅应变传感器电性连接，以便于光纤光栅应变传感器监测的数据输送到解调仪进行储存。
6、作为本发明的一种技术方案，所述内管外部等距设置有若干扶正器，以便于将扶正器安装于外管以及内管之间，从而保持外管以及内管的稳定性。
7、作为本发明的一种技术方案，所述金属安装底座包括有金属圆盘座，所述金属圆盘座中心处的上端面设置有第一安装套管，所述第一安装套管的外部等距设置有若干用于固定外管的螺栓，且所述第一安装套管底部的一侧贯穿设置有第一光纤光栅预留孔，且所述第一安装套管的内部安装有管间固定件，所述管间固定件上端面的中心处设置有用于安装内管的第二安装套管，且所述第二安装套管一侧的边沿处设置有第二光纤光栅预留孔，以便于在第一安装套管的外部等距设置若干螺栓，使得旋转螺栓时能够对外管的底端进行固定，并在管间固定件上端面的中心处设置第二安装套管，使得内管的底端安装于第二安装套管的内部。
8、作为本发明的一种技术方案，所述缓震器包括有壳体，所述,壳体的顶端纵向活动安装有螺纹杆，且螺纹杆顶端安装与安装架顶部螺纹孔的内部，以便于壳体通过螺纹杆活动安装与安装架的一侧。
9、作为本发明的一种技术方案，所述螺纹杆底端的外部设置有减振弹簧，且减振弹簧的顶端抵接与壳体内部的上端面，以便于减振弹簧的顶端抵接与壳体内部的上端面。
10、本发明还提供一种顶张式套管强迫振动的试验系统的试验方法，包括一种顶张式套管强迫振动的试验系统的以下步骤：
11、s1、通过将三维导轨组件固定在试验支撑架的顶部，使得三维导轨组件为试验系统提供顶张力和指定的横向强迫振动源，并在三维导轨组件的中心处设置安装架，且安装架的一侧设置缓震器，并将万向节通过螺栓固定于缓震器的底端，且万向节底端的拉压力传感器通过螺柱安装与套管模型的顶端，使得通过安装架、缓震器、万向节和拉压力传感器将顶张力和指定的横向强迫振动传递到套管模型的顶端，从而模拟套管模型的工作环境；
12、s2、通过将金属圆盘座固定在试验支撑架试验支撑架底部的上端面，并在金属圆盘座上端面的中心处设置第一安装套管，并在第一安装套管的一侧设置第一光纤光栅预留孔，使得管间固定件安装于第一安装套管内部，通过在管间固定件上端面的中心处设置第二安装套管，并在第二安装套管一侧管间固定件边远程设置第二光纤光栅预留孔，使得光纤光栅应变传感器的输出端能够通过第一光纤光栅预留孔以及第二光纤光栅预留孔引出，通过在第一安装套管的外部等距设置若干螺栓，使得旋转螺栓时能够对外管的底端进行固定，通过在管间固定件上端面的中心处设置第二安装套管，使得内管的底端安装于第二安装套管的内部；
13、s3、通过万向节带动拉压力传感器上行，并将拉压力传感器的底端安装与第二法兰中心处内螺纹孔内部，使得拉压力传感器抵接与套管模型的顶端，并由拉压力传感器实时测量和记录套管模型的顶张力，然后将监测数据输送到外部数据中心，通过在外管以及内管外表面靠近顶端位置分别安装光纤光栅应变传感器，使得光纤光栅应变传感器对外管以及内管的振动进行监测，并由光纤光栅应变传感器将监测数据输送到解调仪。
14、本发明相比较于现有技术的有益效果是：
15、本申请通过三维导轨组件带动安装架，并由安装架带动万向节以及拉压力传感器抵接于套管模型的顶端，使得安装架、缓震器、万向节和拉压力传感器将顶张力和指定的横向强迫振动传递到套管模型的顶端，并由拉压力传感器实时测量和记录套管模型的顶张力，然后在套管模型上设置光纤光栅应变传感器，使得光纤光栅应变传感器对套管模型的振动进行监测，从而对套管模型在强迫振动下的动态耦合响应特性进行监测，实现了试验系统能够满足多层套管模型的监测，并获取准确的管层受力与运动状态数据，解决了试验系统只能对单层套管进行试验的问题。
1.一种顶张式套管强迫振动的试验系统，包括试验支撑架(1)，其特征在于，所述试验支撑架(1)的顶端固定有三维导轨组件(11)，所述三维导轨组件(11)的中心处设置有安装架(12)，所述安装架(12)的一侧活动设置有用于缓震器(2)，且缓震器(2)的底端安装有能够拆卸的万向节(7)，且万向节(7)的底端安装有用于监测张紧力的拉压力传感器(71)，所述拉压力传感器(71)的底端固定有套管模型(5)，所述套管模型(5)上设置有用于监测振动的光纤光栅应变传感器(61)，且所述套管模型(5)的底端安装于金属安装底座(4)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，所述套管模型(5)的包括有外管(51)，所述外管(51)的顶端设置有第一法兰(52)，且外管(51)的内部设置有安装有内管(53)，所述内管(53)的顶端设置有第二法兰(54)，所述第二法兰(54)的中心处贯穿设置有能够与拉压力传感器(71)底端螺柱连接的内螺纹孔(55)。
3.根据权利要求2所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，所述外管(51)以及内管(53)上均安装有用于对振动监测的光纤光栅应变传感器(61)。
4.根据权利要求1所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，所述试验支撑架(1)底端上端面的靠近后侧位置固定有解调仪(6)，所述解调仪(6)能够与光纤光栅应变传感器(61)电性连接。
5.根据权利要求2所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，所述内管(53)外部等距设置有若干扶正器(8)。
6.根据权利要求1所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，所述金属安装底座(4)包括有金属圆盘座(40)，所述金属圆盘座(40)中心处的上端面设置有第一安装套管(401)，所述第一安装套管(401)的外部等距设置有若干用于固定外管(51)的螺栓(402)，且所述第一安装套管(401)底部的一侧贯穿设置有第一光纤光栅预留孔(403)，且所述第一安装套管(401)的内部安装有管间固定件(41)，所述管间固定件(41)上端面的中心处设置有用于安装内管(53)的第二安装套管(42)，且所述第二安装套管(42)的一侧管间固定件(41)的边沿处设置有第二光纤光栅预留孔(43)。
7.根据权利要求1所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，所述缓震器(2)包括有壳体(20)，所述,壳体(20)的顶端纵向活动安装有螺纹杆(21)，且螺纹杆(21)顶端安装与安装架(12)顶部螺纹孔的内部。
8.根据权利要求7所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，所述螺纹杆(21)底端的外部设置有减振弹簧(22)，且减振弹簧(22)的顶端抵接与壳体(20)内部的上端面。
9.一种顶张式套管强迫振动的试验系统的试验方法，应用与权利要求1-8任意一项所述的一种顶张式套管强迫振动的试验系统，其特征在于，包括以下步骤:
