1.井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,包括:
固定架,其整体竖向设置,底端通过底架与地面固定连接;
活动架,其底端通过铰座与所述底架铰接,使其能够在水平与竖直之间调节,所述活动架包括内管以及转动套设在所述内管外的外套管,所述内管的管壁上开设有直线通道,所述外套管的管壁上开设有螺旋通道,所述内管的内部设置有可沿其轴向滑动的滑块,所述滑块的侧面固定有驱动轴,所述驱动轴贯穿所述直线通道和所述螺旋通道,所述内管的外侧还设置有调整所述外套管相对于所述内管旋转角度的预设机构;
安装架,其与所述外套管固定连接,且所述安装架上安装有首端检测组件和末端检测组件;
外管,可拆卸的安装在所述安装架的正面,管柱试件设置在所述外管的内部,所述首端检测组件和所述末端检测组件分别设置在所述管柱试件的首末两端;
卷扬机,其上绕卷的钢丝绳的自由端从所述内管的顶端插入并与所述滑块固定连接;
扭矩加载机,滑动安装在安装架的顶部,且所述扭矩加载机的滑动方向与所述内管的轴向相平行;以及轴向压力加载缸,固定安装在安装架的顶部,且所述轴向压力加载缸的输出端与所述扭矩加载机相连接。
2.根据权利要求1所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,所述预设机构包括传动部件、由所述传动部件驱动围绕所述内管旋转的活动套、固定套设在所述内管外部的圆圈、与所述活动套固定连接的指示件和第一限位块、与所述外套管固定连接的第二限位块,所述圆圈的外周面设置有角度刻度线,所述指示件配合所述角度刻度线用于指示所述活动套的旋转角度;
所述第一限位块与所述第二限位块的旋转半径相等,使所述第一限位块能够在所述第二限位块旋转预设角度后挡止所述第二限位块。
3.根据权利要求2所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,所述传动部件包括啮合设置的蜗轮和蜗杆以及套设在所述蜗轮和所述蜗杆外部的外壳;
所述外壳与所述内管固定连接;
所述蜗轮套接固定在所述活动套的外部;
所述蜗杆转动安装在所述外壳的内部;
所述蜗杆一端同轴固定的连接轴延伸至外壳的外部。
4.根据权利要求3所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,所述活动架包括顶段管、底段管、中段管和旋转段;
所述旋转段包括固定管和转动套设在所述固定管外侧的旋转管;
其中,所述顶段管、底段管、中段管和固定管构成所述内管,所述旋转管及固定在其两端的套筒构成所述外套管;
所述直线通道开设在所述固定管的管壁;
所述螺旋通道开设在所述旋转管的管壁;
所述安装架通过工字架与所述旋转管固定连接。
5.根据权利要求4所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,所述固定架的顶部固定有挡止板,所述顶段管的顶部固定有抵板,当所述活动架处于竖直状态时,所述抵板正好抵靠所述挡止板。
6.根据权利要求4所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,所述顶段管的顶部设置有导轮,所述钢丝绳通过所述导轮转向后延伸至所述内管的内部,且所述钢丝绳通过所述导轮转向后的部分与所述内管保持同轴。
7.根据权利要求4所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,固定管的内周壁固定有滑轨,所述滑块的侧面开设有与所述滑轨相适配的滑槽。
8.根据权利要求1所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,所述驱动轴包括固定连接的圆轴和方轴;
所述滑块的侧面开设有与所述方轴相匹配的方孔;
所述方轴通过螺栓固定安装在所述方孔的内部。
9.根据权利要求1所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,其特征在于,所述外管通过紧固组件可拆卸的安装在所述安装架的正面;
所述紧固组件包括通过第一螺丝固定连接的第一弧形板和第二弧形板、与所述第二弧形板固定连接的平板、与所述平板通过第二螺丝固定连接的夹板、螺纹贯穿所述夹板的螺杆、固定在所述螺杆一端的把手杆。
10.井筒内管柱压扭屈曲模拟实验方法,其特征在于,所述的实验方法基于上述权利要求1-9任意一项所述的井筒内管柱压扭屈曲模拟实验装置,包括以下步骤:S1、启动卷扬机,缓缓放出钢丝绳,将活动架和安装架放至水平状态;
S2、利用紧固组件将外管固定安装于安装架的正面,并将管柱试件放置到外管内部;
S3、启动轴向压力加载缸,使得管柱试件的首末两端分别与首端检测组件和末端检测组件抵接;
S4、按照实际的试验需求,利用蜗轮和蜗杆配合指示件和角度刻度线调整活动套和第一限位块的旋转角度,此旋转角度即为安装架和外管可围绕活动架旋转的角度;
S5、启动卷扬机,缓缓收回钢丝绳,使安装架和外管旋转,并使得活动架逐渐倾斜;
S51、安装架和外管旋转的过程为:钢丝绳拉动滑块逐渐移向顶段管,带动驱动轴在直线通道和螺旋通道内移动,以利用驱动轴推动开设有螺旋通道的旋转管围绕固定管的轴线旋转,直至第二限位块旋转至与第一限位块抵靠的状态;
S52、活动架逐渐倾斜的过程为:安装架和外管转动预设角度后,第二限位块与第一限位块抵接,使滑块无法继续移向顶段管,此时的钢丝绳就会拉动活动架围绕铰座的枢轴轴线旋转,活动架带动安装架和外管逐渐倾斜,直至活动架倾斜至预定的角度后关闭卷扬机;
S6、按照试验方法启动扭矩加载机和/或轴向压力加载缸,并通过首端检测组件和末端检测组件以及管柱试件的屈曲状态记录相关的实验数据结果。