脐带缆拉弯组合疲劳试验机恒拉力控制

王贤成， 李伟， 刘毅,， 闻中翔

(1.浙江大学 流体动力传动与控制国家重点实验室，浙江 杭州 310027； 2.宁波大学 科学技术学院，浙江 宁波 315100; 3.浙江大学 宁波理工学院，浙江 宁波 315100)

随着深海油气勘探的发展，脐带缆作为在水下生产系统与浮动平台之间起连接作用的一种重要的设备，被广泛地应用于深海油气输送项目中。目前最新研制成产的脐带缆可以在水深超过2 700 m的海域正常工作，其单根铺设长度已超过140 km[1]。在复杂的海洋环境中，由于受到海浪、波流的冲击，脐带缆与浮体连接处会受到横向低频小角度的弯曲力。在浮体升沉以及其自身重力的影响下，脐带缆的加剧摇摆导致施加在脐带缆上的轴向拉伸力较大。因此一般可以将脐带缆在实际工况下的受载特点简化为承受轴向拉伸力与弯曲循环应力组合载荷。

此外，脐带缆的非线性弯曲特性使其在使用过程中极易产生疲劳损伤[2-5]。因此，为保证其在整个寿命周期内能够正常工作，通过拉弯组合疲劳试验系统模拟脐带缆在海洋工况下的受载特点，对脐带缆的疲劳寿命进行研究的工作至关重要。根据脐带缆疲劳试验要求[6-7]，轴向拉伸力应保持为一个较大的恒拉力。所以为了提高脐带缆疲劳试验的可信度，需要对脐带缆的拉伸端进行恒拉力控制。

由于电液力伺服控制系统具有较大的推重比、较快的响应速度以及较高的输出力控制精度，使得其在工业中得到了广泛应用。但由于电液力伺服控制系统中存在的非线性因素以及其自身的时变性因素[8-9]，导致系统输出拉力难以得到精确控制[9]，另外，作为系统的负载，脐带缆自身的非线性弯曲与拉伸特性也会对系统输出的精度产生较大的影响。……