CN101133313A - 通过封隔器给样品施加机械应力的设备和方法 - Google Patents

Abstract

给管形样品(ET)施加机械应力的设备。该设备包括至少一个位于所述样品(ET)中的待测试区域(ZT)的封隔器(P)，封隔器(P)的纵向展幅大于所述待测试区域(ZT)的纵向展幅，并且包括：i)负责局部改变所述封隔器(P)至少第一部分的直径的第一压力部件(C1)，使其在待测试区域(ZT)贴靠所述样品(ET)的内表面，ii)负责在位于所述封隔器(P)的第二部分处所述内表面的一部分上施加第一选定内压的第二压力部件(C2)，和/或iii)负责与至少一封堵构件(B1、B2)配合的第三压力部件(C3)，该封堵构件固定在样品上，离开所述封隔器(P)的一端以形成一作用区(ZA)，以便在所述样品(ET)的所述作用区(ZA)施加第二选定内压。

Description

通过封隔器给样品施加机械应力的设备和方法

技术领域

[01]本发明涉及管形样品的机械应力试验。

背量技术

[02]这里“管形样品”是指任何管体或可能通过套接管互相连接的管节(tabès)组件。因此，可以涉及或者一单一管体，或者通过任何方式例如焊接连接的两个管节，或者两个分别包括阳螺纹和阴螺纹并通过这些互相旋拧的公螺纹和母螺纹构成的螺纹连接件连接的管节，或者这样的两个管节，其中，每个管节带有公螺纹，并通过一带有两个母螺纹的套接管构成的螺纹连接件互相连接。

[03]另外，这里“管体”是指在困难开发环境中用于在压力、和/或机械应力、和/或腐蚀、和/或高温领域例如油井或炼油厂的任何管形元件。因此可以涉及例如钻井管(或“钻管”)，或用于管柱(或“套管”)或生产油或气(或油管)的、光滑的或有螺纹的无焊缝管(tube sans soudure)，或者管道，还或者管线。

[04]为了表示施加在一管形样品上的静态应力的不同组合的规律(tenue)，本领域技术人员习惯使用一叫做Von Mises的椭圆，它的两个主轴分别代表所述样品承受的轴向负荷和压力，所述轴向负荷可以包括压缩、拉伸或弯曲。

[05]为了在实验室中在应力组合下测试管形样品的性能，本领域的技术人员使用一包括应力台(banc de sollicitation)的设备(提供动态应力时叫做疲劳台)，并通过Von Mises椭圆对所述应力组合的规律进行可视化。

[06]在已知的静态应力设备中，从第一方面可特别提及这样的设备，其在于将一加压流体引入到管形样品内，管形样品的端部已经与堵塞器相连在一起；从第二方面可以提及这样的设备，其在于使用一安设在管形样品内或管形样品外的作动缸；且从第三方面可以提及这样的设备，其在于将前面两种类型结合。

[07]在使用加压内流体的设备中，管形样品同时承受拉力和压力。这是由于加压内流体不仅在管形样品的内壁上产生压力(主要为径向)，还在端部堵塞器上产生压力(主要为轴向)，该压力在管形样品上产生轴向拉力。拉伸的强度与压力成正比，因此当压力改变时，拉伸力也以同样的比例变化。因此这类设备不能与拉伸影响分开地独立研究压力的影响。因此这类设备不能探索压力和轴向拉伸的任何组合，只能通过Von Mises椭圆的一段长轴探索模型化组合。

[08]在使用内作动缸或外作动缸的设备中，管形样品只承受一单纯的轴向拉伸。因此这类设备不能研究单纯压力的影响，也不能研究压力和轴向拉伸的任何组合，而只能通过Von Mises椭圆表示平面的一段横坐标轴(X)研究模型化组合。

[09]同时使用作动缸和带压内流体的设备可以描述Von Mises椭圆代表的平面的至少一部分，但以复杂的设备为代价。

[10]另外，前面描述的设备只能以静态方式给样品施加应力。然而这类应力不能重现某些另外施加动态应力的困难研发条件，所述动态应力例如为由使一“海上(offshore)”平台与一钻井头相连接的管体和连接件组成的结构遇到的动态应力--钻井头可能位于几公里远的距离，或者为由需要使立柱转动的斜井(puits déviés)中的类似结构遇到的动态应力。这些结构特别承受周期性弯曲应力，这些应力可能会叠加在内压和/或轴向拉伸的静态应力上。因此使用一种也叫做疲劳台的设备，以便试验所述样品的动态应力。

发明内容

[11]因此本发明的目的是提出静态设备的替代设备，该设备同时使用作动缸(vérin)和带压流体，并可选择性地动态测试样品。

[12]为此，本发明提出管形样品的机械应力设备，该设备包括至少一个封隔器(packer)(或“bourroir”或“chaussette”)，所述封隔器位于所述样品(ET)中在一待测试区域(ZT)处，所述封隔器(P)的纵向展幅(extension longitudinale)大于所述待测试区域(ZT)的纵向展幅，并且所述封隔器包括：第一方面，第一压力部件，其适合于局部改变所述封隔器的至少第一部分的直径，使得所述第一压力部件在待测试区域(ZT)处贴靠所述样品(ET)的内表面；第二方面，第二压力部件，其适合于在位于所述封隔器(P)的第二部分处的所述内表面的一部分上施加一第一选定内压；和/或第三方面，第三压力部件，其适合于与至少一封堵构件配合，所述封堵构件按与所述封隔器(P)的一端部相隔开的方式与所述样品相连，以形成一作用区(ZA)，从而在所述作用区(ZA)处向所述样品(ET)施加一第二选定内压。

[13]符合本发明的设备可以包括可以单独或组合存在的补充特征，特别是：

[14]·该设备包括至少一个应变计(Jk)，所述应变计(Jk)用于被安置在所述样品(ET)的一外表面的一选定地点，以便传送第一应变测量值，所述第一应变(contrainte)测量值代表所述样品在所述选定地点承受的应变状态；

[15]·该设备包括至少两个应变计(Jk)，所述应变计(Jk)用于被安置在所述样品(ET)的所述外表面的两个不同的选定地点，以便传送第一应变测量值，所述第一应变测量值代表所述样品在所述每个选定地点承受的应变状态；

[16]·希望的弯曲变形，例如该弯曲变形相当于参考的初始第一测量值；

[17]·两个支撑部件，其能够支撑所述样品(ET)；一旋转马达(MT)，其与一激励部件(BO、AR’)联接，所述激励部件(BO、AR’)装设有一偏心质量块式装置(DME)，该偏心质量块式装置(DME)与所述样品(ET)的端部联接，并形成一配重；和控制部件(MC)，其适合于指令通过所述马达(MT)按一可调节速度转动地驱动所述偏心质量块，以便所述样品(ET)根据所述配重承受一选定的振动激励，从而使所述样品发生周期性弯曲变形；

[18]·所述支撑部件中的至少一个被设置成使得：其位置基本相当于所述样品的一个振动节点；

[19]·所述控制部件(MC)被设置成：根据希望所述样品(ET)承受的应变幅度调配所述马达(MT)的转速；

[20]·至少一对加速度计，所述加速度计用于互相成90°角地被安置在所述样品(ET)的所述外表面的选定地点，以便传送代表所述样品承受的位移的第二测量值；并且，所述控制部件(MC)被设置成：根据所述成对的加速度计传送的最近的第二测量值调配所述马达(MT)的转速，使得所述样品(ET)在一选定地点承受的弯曲径向位移的幅度保持基本恒定；

[21]·至少两对加速度计，每对加速度计互相成90°角地被安置在所述样品(ET)的外表面的选定地点，以便传送其它的第二测量值，所述其它的第二测量值在其它选定地点取得，并代表所述样品在其它选定地点承受的位移；并且，所述控制部件(MC)被设置成对所述最近第二测量值进行组合，以便根据所述组合，调配所述马达(MT)的转速，使得所述样品在所述选定地点承受的弯曲位移的幅度基本保持恒定；

[22]·所述管形样品(ET)由至少两根在所述待测试区域(ZT)互相连接的管形零件构成，所述两对加速度计位于所述连接的两侧；

[23]·所述控制部件(MC)被设计成：用于将所述加速度计对中的至少一对传送的至少所述最近的第二测量值与代表初始位移幅度的第二参考测量值进行比较--所述初始位移幅度相当于在选定地点所希望的弯曲位移幅度，然后用于根据所述比较结果调配所述马达(MT)的转速；

[24]·所述控制部件(MC)被设置成：用于确定在所述最近第二测量值代表的位移幅度和所述希望的弯曲位移幅度之间的相对偏差，然后用于将该相对偏差与一调节允差区间进行比较，以便在所述相对差在所述调节区间之外时，调配所述马达(MT)的转速；

[25]·一转动检测装置(DR)，该转动检测装置适合于检测所述马达(MT)施加的每个转动(或绕转或周期)；

[26]·所述转动检测装置(DR)例如被设置成：向所述控制部件(MC)发出一个代表检测出的每个转动的信号，使得每当收到的信号数量等于一选定数量时，所述控制部件(MC)就调配所述马达(MT)的转速；

[27]·所述控制部件(MC)被设置成用于在应力试验的过程中指令所述马达(MT)按照一选定的转速序列带动所述偏心质量块(DME)转动，以使所述样品(ET)承受一选定序列的振动激励；

[28]·所述封隔器(P)包括一基本不变形的支撑部件(TU)，一可变形环形的膜片(M)安装在所述支撑部件(TU)上；并且，所述第一压力部件包括一第一流体供应管线，其适合于在所述基本不变形的支撑部件(TU)与所述膜片(M)之间引导一选定流体(例如一种加压液体)，以建立选定压力；

[29]·所述第二压力部件包括一第二流体(例如一种气体)供应管线，该第二流体供应管线具有一流体出口，所述流体出口通向所述样品(ET)的内表面的对面，以便建立所述第一选定内压；

[30]·所述第二流体供应管线以密封方式穿过所述膜片(M)；

[31]·该设备包括泄漏检测部件(MDF)，所述泄漏检测部件在所述样品(ET)的外表面附近位于所述待测试区域(ZT)中，并且，所述泄漏检测部件(MDF)被设置用于在所述样品(ET)的周围检测由所述第二流体供应管线传送的流体(例如第二供应管线传送的流体)可能发生的泄漏；

[32]·所述第三压力部件包括一第三流体供应管线，其适合于向每个作用区提供流体(例如一种加压液体)，以便在所述样品(ET)上施加所述第二选定内压；

[33]·一分路装置(DA)，所述分路装置(DA)与所述第一流体供应管线和所述第三流体供应管线连接；和一泵(PE)，所述泵(PE)与所述分路装置(DA)联接；

[34]·所述封隔器(或chaussette)的支撑部件(TU)是一形成空心中心管道的管体，该空心中心管道限定出所述第三流体供应管线的一部分，并且具有两个相对的端部，其中至少一端部通向一作用区(ZA)，以便为该作用区(ZA)提供流体；

[35]·两个封堵构件，所述封堵构件与所述封隔器(P)的两端部相间隔开地安装，用于形成至少一作用区(ZA)，以便在所述作用区(ZA)处对所述样品施加所述选定的第二内压；

[36]·所述第一流体供应管线的一部分和/或所述第二流体供应管线的一部分位于所述中心管道内；

[37]·至少一个温度传感器(CT)，所述温度传感器(CT)用于安装在所述样品(ET)的一选定地点，以便传送代表所述样品在该选定地点的温度的第三测量值；

[38]·至少一个压力传感器(CP)，所述压力传感器(CP)用于安装在所述样品(ET)的一选定地点，以便传送代表所述样品在该选定地点的内压的第四测量值；

[39]·所述控制部件被设置成：将来自某些所述第一测量值的第一结果与来自至少某些所述第二测量值的第二结果进行比较，以便在第一结果与第二结果相容时，允许继续进行试验。

[40]本发明还涉及管形样品的施加机械应力的方法，该方法包括：在所述样品(ET)中，在一待测试区域(ZT)处，引入至少一封隔器(P)，所述封隔器(P)具有一纵向展幅，该纵向展幅大于所述待测试区域(ZT)的纵向展幅，并且所述封隔器(P)包括第一压力部件、第二压力部件和/或第三压力部件；然后用所述第一压力部件局部改变所述封隔器(P)至少第一部分的直径，以使所述封隔器(P)在所述待测试区域(ZT)处贴靠所述样品(ET)的一内表面；并用所述第二压力部件在位于所述封隔器(P)的第二部分处的所述内表面的一部分上施加一第一选定内压；并且/或者在与所述封隔器(P)的一端部相间隔处，将至少一封堵构件连接到所述样品(ET)上，以形成一作用区(ZA)；然后用所述第三压力部件在所述作用区(ZA)处向所述样品(ET)施加一第二选定内压。

[41]符合本发明的方法可以包括一些补充特征，这些特征可以单独或组合存在，特别是：

[42]·在所述样品(ET)外表面的至少一选定地点处设置至少一个应变计(Jk)，以得到代表所述样品在所述选定地点承受的应变状态的第一应变测量值；

[43]·在所述样品(ET)外表面的至少两个选定地点处设置至少两个应变计(Jk)，以得到代表所述样品在每个所述选定地点承受的应变状态的第一应变测量值；

[44]·另外设置：两个支撑部件，所述样品(ET)安装在这两个支撑部件上；和一旋转马达(MT)，其与一激励部件(B、AR’)联接，所述激励部件装设有一偏心质量块式装置(DME)，所述偏心质量块式装置与所述样品(ET)的一端部联接并形成一配重；并且，通过所述马达(MT)带动所述偏心质量块(DME)以一可调节的速度转动，以使所述样品(ET)根据所述配重承受一选定的振动激励，从而使所述样品产生周期性弯曲变形；

[45]·将所述支撑部件中至少一个安设在所述样品(ET)的一振动节点处；

[46]·在一初步参考阶段，首先根据希望所述样品(ET)承受的应变幅度选择所述马达(MT)的初始转速；

[47]·在初步参考阶段之后，调配所述马达(MT)的所述转速，使得由所述样品(ET)承受的、并由第一测量值表示的弯曲应变的幅度基本保持恒定；

[48]·在所述样品(ET)的所述外表面的选定地点处，设置至少一对加速度计，所述加速度计互相分开90°角，并用于传送代表所述样品(ET)承受的位移的第二测量值；并且，根据每对加速度计传送的最近第二测量值，调配所述马达(MT)的转速，使得所述样品(ET)在所述选定地点处承受的径向弯曲位移的幅度基本保持恒定；

[49]·在所述样品的所述外表面的其它选定地点处，设置至少其它两对加速度计，每对所述加速度计互相成90°角地安设在所述样品(ET)外表面的其它选定地点处，并用于传送代表所述样品(ET)在所述其它选定地点处承受的位移的其它第二测量值；并且，对最近的第二测量值进行组合，以便按照所述组合，调配所述马达(MT)的转速，使得由所述样品(ET)在所述选定地点处承受的弯曲位移的幅度基本保持恒定；

[50]·将至少一对加速度计传送的至少所述最近第二测量值与代表初始位移幅度的参考第二测量值进行比较，所述初始位移幅度相当于在选定地点处希望的弯曲位移的幅度，然后根据所述比较的结果，调配所述马达(MT)的所述转速；

[51]·确定所述最近第二测量值代表的位移幅度与所述希望的弯曲位移幅度之间的相对偏差；然后将该偏差与一调节允差区间的范围进行比较，以便在所述偏差在所述调节允差区间之外时，调配所述马达的转速；

[52]·检测所述马达(MT)施加的每个转动，例如每次收到的信号数量等于一选定数量时，调配马达(MT)的所述转速；

[53]·在应力试验的过程中，指令所述马达(MT)带动所述偏心质量块式装置(DME)按照一选定的转速序列转动，以使其承受一选定序列的振动激励；

[54]·在所述待测试区域(ZT)处在所述样品(ET)的周围进行泄漏测试；

[55]·将两个封堵构件与样品相联接，该封堵构件与封隔器的两端相隔开，以便形成两个作用区，在这两个作用区域中使样品承受第二选定内压；

[56]·设置至少一个温度传感器(CT)，所述温度传感器(CT)安装在所述样品(ET)一选定地点，以便得到代表所述样品在该选定地点的温度的第三测量值；

[57]·设置至少一个压力传感器(CP)，所述压力传感器安装在所述样品(ET)的一选定地点，以便得到代表所述样品在该选定地点的内压的第四测量值；

[58]·将来自至少某些所述第一测量值的第一应变结果与来自至少某些所述第二测量值的第二径向位移结果进行比较，以便在第一结果与第二结果相容时，允许继续进行试验。

附图说明

[59]考查下面的详细描述和附图可以了解本发明的其它特征和优点，附图如下：

[60]-图1示意性地表示一符合本发明的施加动态机械应力设备的实施例；

[61]-图2示意性地表示用于符合本发明的施加应力设备的封隔器的实施例；

[62]-图3示意性地表示一用于符合本发明的施加应力设备的封隔器的变型；

[63]-图4表示用于检测多轴向应变(contraintes multi-axiales)的应变计的实例；

[64]-图5示意性表示应变计在样品上就位的实例；

[65]-图6在一横剖视图中示意性地表示在马达轴与管形样品之间的激励装置的实例；

[66]-图7示意性地表示样品在施加动态机械应力情况下的位移；和

[67]-图8是表示通过一椭圆计算动态位移的一部分。

具体实施方式

[68]附图不仅可以用于使本发明完整，必要情况下还有助于定义本发明。

[69]为了描述一用于管形样品ET的施加机械应力设备I的实施例，首先参照图1和2。

[70]如引言部分中指出的，这里“管形样品”是指任何管体或互相之间连接的管体组件，管体之间可以通过一连接套筒进行连接。因此，本发明适用于对以下形式的管形样品施加机械应力：

[71]·单管(或管形零件)；

[72]·两个通过任何方法如焊接连接的管体(或管形零件)；

[73]·一带有公螺纹的第一管体(或管形零件)和一带有母螺纹的第二管体(或管形零件)，母螺纹用于与公螺纹配合，以形成螺纹连接；以及

[74]·一带有公螺纹的第一管体(或管形零件)、一也带有公螺纹的第二管体(或管形零件)、以及一个带有两个母螺纹的连接套筒(或管形零件)，两个母螺纹用于分别与公螺纹配合，以构成螺纹连接。

[75]在图1所示的实例中，设备I特别用于施加动态机械应力。但是本发明不局限于这种情况。实际上，本发明同样适用于施加动态机械应力和静态机械应力。

[76]这里“静态机械应力”是指在一时间间隔内基本恒定的应力，并且特别产生于在管形样品上施加一压力和/或拉伸力，而“动态机械应力”是指其它任何随时间变化的应力，例如不仅在管形样品上施加一压力和/或拉伸力，而且还施加用于使样品周期性弯曲变形的一选定振动激励。

[77]另外，这里“周期性应力的幅度”是指波峰到波峰距离的一半。

[78]如图1所示，根据本发明，设备I首先包括用于对一样品ET产生机械应力的第一部分(或工作台)。该第一部分(至少)包括封隔器P(示于图2)，也叫做填塞杆(bourroir)或袜筒形体(chaussette)，位于样品ET内的一个要测试的区域ZT中。

[79]在图1所示的非限定实例中，管形样品ET(下面叫做样品)由第一管体T1和第二管体T2以及一连接套筒MR构成，每个管体带有一公螺纹(未出示)，连接套筒带有两个母螺纹，用于分别与公螺纹配合，以构成将要被测试的螺纹连接。这就是待测试区域ZT处于连接套筒MR处的原因。当然，样品ET的任何其它区域也可作为测试对象。

[80]根据本发明，封隔器P的纵向(沿管体纵轴)展幅(extension)应大于待测试区域ZT的纵向展幅，并且包括第一、第二和/或第三压力部件。

[81]第一压力部件负责至少局部改变封隔器P的第一部分PP的直径，使其在待测试区域ZT贴靠样品ET的内表面。

[82]例如如图2所示，可以通过一密封安装在封隔器P的一个管体TU外表面上的可变形环形膜片M和一种在选定压力下传送到管体外表面与膜片M之间的流体局部改变封隔器P的直径，流体通过属于第一压力部件的第一供应管线C1传送。

[83]这里膜片M处于封隔器P的一中心区域。

[84]在图3所示的变型中，封隔器P可以包括一可变形膜片M，膜片M包括一中心部分PC，该中心部分可以带有可以使流体很好分布并施加内压的突台或绒毛，中心部分的每一侧被优选为光滑的两个部分M1和M2延长。

[85]通过第一供应管线C1注入的带压流体可以使膜片M的至少一部分(至少为M1和M2)贴靠样品ET的内表面，因此使封隔器P在所述样品ET内的待测试区域ZT处固定不动，同时隔绝该待测试区域ZT的至少一部分(特别是膜片的中心部分)。

[86]流体优选是一种加压液体，例如水。它的最大压力取决于样品ET的直径。例如对大于7英寸的直径可以考虑最大压力为600bar，该值显然还取决于使用的泵的类型。

[87]第二压力部件负责在与封隔器P的第二部分相对的样品ET内表面的一部分上施加第一选定内压PI1。在图2所示的实例中，封隔器P的第二部分位于膜片M处。该部分构成第一部分PP的一个子部分，膜片M延伸在该部分上。相反，在图3所示的实例中，封隔器P的第二部分是位于膜片M的两个端部部分M1与M2之间的中心部分PC。

[88]例如，如图2所示，第二压力部件包括第二流体供应管线C2，该管线带有一个与样品ET内表面相对的出口。第二供应管线C2在选定压力下为样品ET处于封隔器P第二部分处的区域提供流体，因此在该区域建立第一内压PI1，因此使样品ET(这里更确切地说是它的螺纹连接)处于类似于困难使用条件时遇到的基本为径向的压力。

[89]在第二供应管线C2中流动的流体优选是一种加压气体，例如氦。它的最大压力取决于样品ET的直径。例如，对7英寸以上的直径，可考虑最大压力为600bar，该值显然还取决于使用的泵的类型。

[90]第三压力部件与至少一个封堵构件B1配合，该封堵构件安装在距封隔器P的一端一选定距离上，以便在样品ET中形成一作用区ZA，样品ET在该区域承受第二选定内压PI2。因此可以在样品ET的作用区ZA内产生一拉伸力。

[91]例如，封堵构件B1固定在样品ET两端的其中一端。当该端带有螺纹时，可以通过旋拧进行固定。

[92]当希望在样品ET的整个长度上产生轴向拉伸负荷时，设置两个封堵构件B1和B2。例如，每个封堵构件B1、B2固定在样品ET两端的其中一端上。而作用区ZA延伸在两个封堵构件B1和B2之间。当样品ET的两端带有螺纹时，封堵构件B1和B2的固定可以通过旋拧进行。作为变型，封堵部件的固定可以通过任何其它方式进行，例如通过在样品端部与封堵构件之间的连续焊缝进行。

[93]轴向拉伸负荷的值T例如通过下式给出：

$T=\mathrm{\π}\·\left(\mathrm{PI}2\right)\·\frac{({\mathrm{ID}}_t^2-{\mathrm{ID}}_p^2)}{4}$

[94]其中ID_t为样品ET的内径，因此是管体T1、T2的内径，ID_p是封隔器P的管体TU的内径，{PI2}是第二内压。

[95]作为变型，可以考虑在封隔器P的两侧在样品ET中产生两个独立的作用区，以便在样品两个部分的每个相应部分上施加一轴向拉伸。

[96]例如如图2所示，第三压力部件包括负责给每个作用区ZA提供加压流体的第三流体供应管线C3。

[97]为了给每个作用区ZA提供流体，例如可以使用封隔器P的管体TU。更确切地说，当管体TU排空时，可以用于引导通过第三管线C3传送的流体，并构成第三管线的一部分。例如如图2所示，第三管线C3包括一个与管体TU的壁中形成的穿透孔眼连接的出口，因此可以给管体TU提供加压流体。

[98]在第三供应管线C3中流动的流体优选是一种加压液体，例如水。例如，无论样品ET的直径如何，都可考虑最大压力为600bar。

[99]为了优化待测试区域ZT与作用区域ZA的隔绝，选择在第一压力部件中流动并用于使封隔器P的膜片M膨胀的流体压力大于第一和第二内压PI1、PI2。

[100]当同一流体在第一流体供应管线C1和第三流体供应管线C3中流动时，例如这些管线可以与一分路装置DA连接，该分路装置另外与一高压泵PE连接。由于该分叉装置DA，例如可以从位于管体TU与膜片M(或它的中心部分PC)之间的每个区域建立选定压力开始，以便使封隔器P在样品ET内固定不动，并且如果希望在样品ET上施加一拉伸力，则关闭第一管线C1，并打开第三管线C3，以便在每个作用区ZA建立第二内压PI2。

[101]当然，每个供应管线C1-C3可以设置它自己的高压泵。

[102]由于存在空心(或排空)管TU，第一管线C1和第二管线C2的至少一部分优选位于管体TU内。在这种情况下，第一管线C1的每个出口与至少一个在管体TU壁的相应膜片M处形成的穿透孔眼连接。在封隔器P的第一实施例中(图2所示)，第二管线C2在一孔眼处穿过管体TU的壁，并且以密封方式与膜片M中形成的另一穿透孔眼连接。在封隔器P的第二实施例中(图3所示)，第二管线C2与在中心部分PC处的管体TU壁中形成的穿透孔眼以密封方式连接。

[103]为了固定施加在样品ET上的应变，但也为了确定施加应变的作用对象的变形和/或位移，在样品ET的外表面设置至少一个应变计Jk(这里k表示使用的应变计的数量)和/或至少一对加速度计(accéléromètre)Ai1和Ai2(这里i表示使用的加速度计的对数)。

[104]每个应变计Jk(例如通过粘贴)位于样品ET外表面的一选定地点，以便传送代表该样品(在选定地点)局部承受的应变状态的第一应变测量值。

[105]优选使用至少两个应变计。该数量不是限定的。应变计的数量越大，越可以准确了解样品ET承受应变的分布图，因此了解作为应变的局部对象的变形的分布。

[106]应变计Jk可以是任何类型的。特别是可以涉及单轴向应变计和/或多轴向应变计，例如如图4所示布置为三方向的玫瑰花形。

[107]通过这些应变计Jk，可以了解，特别是初始了解(参照准备阶段)样品ET在一个或几个地点(或截面)承受的(单轴向或多轴向)应变的状态，因此了解施加在样品ET上的应力的作用。

[108]图5表示一个应变计Jk在样品ET上就位的实例，该实例包括两个管体T1和T2，两个管体的外径接近240mm，长度为2300mm，并且通过一长度基本等于400mm的螺纹套筒MR螺纹组装在一起。该例中，使用了十一个应变计J1-J11：

[109]·应变计J5基本位于样品ET的中间平面中，即在套筒MR沿0°轴线的中间平面中；

[110]·应变计J1或J3沿0°轴线位于样品ET的每一端附近(这里在管体T1、T2上，距中间平面的距离大约等于1300mm)；

[111]·应变计J2和J4分别沿0°轴线位于样品ET的第一和第二中间截面上(这里在管体T1、T2上，距中间平面的距离基本等于900mm)；

[112]·三个一组的应变计(J6-J8)和(J9-J11)分别位于样品ET的第三和第四中间截面中(这里在管体T1、T2上，距套筒的距离基本等于管体T1、T2外径的一倍，即距中间平面的距离基本等于530mm)。作为实例，这里每三个应变计按照两个不同形态互相成90°。也可使用成对或四个一组的应变计。

[113]当然，也可使用数量更有限的应变计Jk。例如，如图1所示，可以只使用两个应变计，第一个位于样品ET的中心，第二个位于距第一个一定距离上。总之，应变计Jk的位置取决于封隔器P在样品ET中的地点。

[114]每对两个加速度计Ai1和Ai2(例如通过粘贴)互相成90°地位于样品ET外表面的选定地点，以便在双重积分后传送表示该样品局部承受的动态位移的第二测量值(或信号)。

[115]例如，使用第一对加速度计A11和A12，该对与另外的两对加速度计A21、A22和A31、A32结合。

[116]另外每对的两个加速度计Ai’1和Ai’2(在考虑的实例中i’＝2或3)(例如通过粘贴)互相成90°地位于样品ET外表面的选定地点，与第一对的两个加速度计A11和A12位于的地点不同。它们用于在双重积分后传送代表样品ET在加速度计所在的地点局部承受的动态位移的其它第二测量值(或信号)。

[117]在所考虑的实例中，成对加速度计A11-A12和A21-A22分别位于连接套筒附近和套筒两侧的管体T2、T1上，而加速度计A31-A32位于样品ET端部附近的管体T2上。

[118]应变计(J1-J11)和成对加速度计(A11-A32)可以确定样品ET任何点的动态应力和径向位移。

[119]下面将重新回到成对加速度计的使用。

[120]设备I可以包括应变计Jk和成对加速度计(Ai1-Ai2)以外的其它传感器。

[121]因此，如图1所示，可以设置至少一压力传感器CP，和/或至少一温度传感器CT，和/或至少一渗漏检测器DF。

[122]温度传感器CT安装在样品ET一选定地点，例如在待测试区域ZT处。该传感器负责传送代表样品ET在安装温度传感器的选定地点的温度的信号(或第三测量值)。该传感器CT可以对应变计传送的测量值进行自动补偿，以便缓和局部温度变化。

[123]压力传感器CP安装在样品ET的一选定地点，例如在待测试区域ZT处，或者如图2所示，在封堵构件B1处。该传感器负责传送代表样品ET在安装该传感器的选定地点承受的内压(PI1或PI2)。该传感器CP可以检测裂缝引起的内压突然的变化。

[124]渗漏检测器DF安装在样品ET的一选定地点，例如在要测试的区域ZT处，更准确地说是在封隔器P的第二部分处。该检测器负责检测样品ET外存在的第二管线C2传送的流体(气体)的任何泄露。在检测出渗漏的情况下，渗漏检测器DF产生一用于控制模块MC的报警信号。该检测器DF可以检测样品ET中的裂缝。

[125]由于上述施加应力部件(第一、第二和/第三压力部件)，可以以静态方式对样品ET施加应力。

[126]也可使用第一压力部件(第一管线C1)使样品ET承受单纯压力，使膜片M贴靠所述样品ET的内表面，使用第二压力部件(第二管线C2)在样品ET的内壁上施加第一内压(径向)PI1。

[127]样品ET在某些条件下可以承受可以达到600bar的内压。

[128]还可使用第一压力部件(第一管线C1)使样品ET承受单纯拉伸力，以便使膜片M贴靠样品ET的内表面，使用第三压力部件(第三管线C3)通过封隔器P的管体TU在封堵构件B1和B2之间的每个作用区ZA内施加第二内压(轴向)PI2。

[129]最后可以使样品ET承受一与拉伸结合的压力，使用第一压力部件(第一管线C1)使膜片M贴靠所述样品ET的内表面，使用第二压力部件(第二管线C2)在样品ET的内壁局部施加第一内压(径向)PI1，并使用第三压力部件(第三管线C3)在封堵构件B1和B2之间通过封隔器P的管体TU在每个作用区ZA中施加第二内压(轴向)PI2。

[130]重要的是，需要注意的是，机械应力测试可以包括一单一阶段，该阶段中每个应力(压力和/或拉伸)的强度基本恒定，或者包括至少两个阶段的顺序，在这两个阶段中，至少一个应力的强度从一阶段到另一阶段是变化的。

[131]测试可以分几个阶段实现，每个阶段由一特殊应力组合形成，从而，例如探索Von Mises椭圆轮廓的一部分、或从所述椭圆出发形成的各种其它线条，例如所述椭圆的同位线(ligne homothétique)的部分。

[132]测试由技术员确定参数的数据集(fichier)确定。如果测试已经中断，还可重新进行。该数据集包括所有与样品ET(基准点、直径)和管线C1-C3的压力有关的信息以及测量和监测的参数。

[133]如图1所示，当希望以动态方式给样品ET施加应力时，设备I用于施加应力的部分应包括与压力部件(M、C1-C3)互补并且与样品ET联接的部件，以便使样品承受选定的振动激励，使样品产生周期性弯曲变形。

[134]这些互补部件的形式优选是样品ET的两个支撑部件S1、S2和一个与激励部件连接的旋转马达MT，激励部件与样品ET的一端联接。

[135]例如，如图1所示，每个支撑部件S1、S2的形状是一活动支撑部件，它的位置可以根据应力和样品ET的尺寸的需要而变化。例如每个活动支撑部件S1、S2由Firestones-Bridgestone公司以“pneuride”的商标销售的软作动缸构成。

[136]如图6所示，例如激励部件由一个与样品ET的一端固定连接的箱子BO构成，箱子BO旋转装有一偏心质量块式装置DME，装置DME旋转安装在一支撑轴AR’上。该偏心质量块式装置DME对样品ET的相关一端形成一配重。

[137]马达MT与激励部件支撑轴之间的连接可以是直接连接或等速连接LH，如万向节型或塑料铰链型，这种连接保证马达MT的输出轴AR与激励部件之间的联接。

[138]通过图1所示的等速连接进行的联接的优点是可以使马达MT固定在设备的框架上，并且使马达不受强烈振动。

[139]直接联接需要将马达装在样品ET的端部，这样做具有下面将要描述的其它优点。

[140]例如可以使用电功率为15kW的马达MT，该马达可以以约为3000转/分钟的最高转速带动轴AR。

[141]例如，并如图6所示，偏心质量块式装置DME通过两个滚珠轴承RB旋转安装在箱子BO中。

[142]当马达MT带动偏心质量块转动时，偏心质量块迫使箱子BO径向振动。由于样品ET位于两个支撑部件S1和S2上，并且它的其中一端与箱子BO连在一起，因此也迫使样品ET振动。因此样品ET承受选定的振动激励，该振动激励(特别)取决于偏心质量块式装置DME形成的配重，并导致样品弯曲变形。更确切地说，一基本频率等于配重的旋转频率的弯曲波以相对它的静止纵轴转动的方式在样品ET中传播。

[143]这种激励可以产生带有旋转应变和/或旋转形变的应力，例如海上平台和/或海洋水流的移动、和/或下降到从垂直线倾斜的井中的管柱旋转所产生的应力。

[144]为了样品在实验过程中的稳定性，非常优选的是，将两个支撑部件S1和S2设置在振动节点处。

[145]在带有等速连接LH的设备的情况下，这一般是不可能的，因为这种连接必须处于振动节点处。只有支撑部件S1可以位于一振动节点。因此另一支撑部件S2可能承受很大的振动。

[146]在马达MT与激励部件之间直接连接的情况下，可以将两个支撑部件S1、S2设在振动节点处，这是有利的和优选的。

[147]在图1的箭头VII-VII具体示出的截面处，由样品ET追随的路径示意性示于图7中。实线的中心圆表示样品ET的静止初始位置，点线圆形(cercle en pointillés)表示样品ET受到振动激励时的相继位置，和短线圆形(cercle en tirets)表示样品ET受到振动激励时它的纵轴的路径。

[148]因此可以在样品ET的整个圆周上得到基本均匀的应变幅度和/或径向弯曲位移幅度。

[149]例如使用一质量小于或等于30kg的偏心质量块和称为分辨率(résolution)的振动模式1，其共振频率大约在20Hz到30Hz之间。因此可产生周期性弯曲，其径向位移幅度可以超过上百毫米，例如当样品ET的直径为16英寸并且长度为几米时，样品ET中心处的位移幅度约为120mm(连接套筒MR的螺纹连接处于该中心)。

[150]需要指出的是，马达的转动频率越接近共振频率，样品ET承受的弯曲波的幅度越大。可以通过一接受控制模块MC指令的变换器VR选择马达MT的转速，下面将描述该模块MC。

[151]选择在一个小于样品ET在模式1的共振频率的转速范围内工作。该共振频率取决于样品ET的参数(如长度和材料)和其它参数(如封隔器P的类型和样品ET中的流体类型)。该共振频率理论上可以从理论计算确定，但是由于参数的复杂性，优选从带有和没有配重(DME)的试验确定。一般说来，样品的长度越短，共振频率越大。

[152]为了得到给定的样品位移幅度，施加在样品ET端部的激励力F取决于样品的长度。样品ET的长度越小，样品中对给定位移(或应力)的幅度的激励力应越大。

[153]取决于要使用的(质量M)的配重、配重的惯性中心的半径r和马达转速N的激励力F由下式给出：

[154]F＝M.r.ω².sinωt

[155]其中ω＝2π.N，且N为转/分钟。

[156]一般选择比模式1的共振频率小几赫兹的转速N。

[157]为了可以控制马达MT的转速，设备I包括一控制模块MC，该控制模块MC例如安装在一计算机PC中。更准确地说，控制模块MC负责调节马达MT应带动偏心质量块DME的转速，以便使样品ET承受一振动激励，该激励可以产生应变幅度的周期性弯曲变形或初步参考阶段确定的基本恒定的径向位移。

[158]初始弯曲变形的建立优选在初步参考阶段在一给定的时间间隔中进行。实际上，考虑到使用的配重，理论上可以确定得到样品ET需要的弯曲变形所需的马达MT的转速。但是，在实际应用中，一般应进行速度的调整，以便使实际变形与需要的变形相对应。

[159]因此初步参考阶段在于例如通过控制模块MC给马达MT强加一比较低的初始速度，然后例如通过至少一应变计Jk阅读样品ET承受的应变幅度。可以通过测量的应变幅度与希望幅度的比较确定转速是否适当(在相等的情况下)，或者是否应适配初始速度(在不同的情况下)。比较可以由操作技术员手工进行，或者通过控制模块MC自动进行。

[160]如果实际变形与希望的变形不等，将转速增加一给定的增量，使新的转速导致所需的应变幅度。新的转速增量可以由操作技术员手工进行或通过控制模块MC自动进行。

[161]为确定要施加的转速而进行的不同(第一)应变测量值叫做第一参考测量值。

[162]可以用第一对加速度计Ai1和Ai2以及也可用其它成对加速度计Ai’1和Ai’2传送的(第二)加速度测量值代替(第一)应变测量值，因此这些测量值作为样品ET承受的径向位移的参考测量值，并且在得到导致样品的给定位移幅度后确定第二参考测量值。

[163]重要的是，应当指出的是，用于第二测量的加速度计不应位于振动节点，也不应靠近振动节点。

[164]一旦从第一或第二参考测量值确定了转速，则可开始应力试验。可以考虑任何类型的试验。

[165]例如可以通过被马达MT带动的激励部件使样品只产生周期性弯曲变形。本发明可以用于只进行周期性弯曲变形试验的样品(没有叠加周期性应力的纯动态条件)。在这种情况下，只使用互补部件(而不需要封隔器、压力部件和封堵构件)。

[166]还可通过被马达MT带动的激励部件使样品ET产生周期性弯曲变形，同时又使用第一压力部件(第一管线C1)使样品承受单纯压力，使膜片M贴靠所述样品ET的内表面，并使用第二压力部件(第二管线C2)，在样品ET的内壁上局部施加第一内压(径向)PI1。

[167]还可通过被马达MT带动的激励部件使样品ET产生弯曲变形，使样品承受单纯拉伸力，使用第一压力部件(第一管线C1)使膜片M贴靠所述样品ET的内表面，使用第三压力部件(第三管线C3)，以便通过封隔器P的管体TU在封堵构件B1和B2之间的每个作用区ZA施加一第二(轴向)内压PI2。

[168]最后还可通过被马达MT带动的激励部件使样品ET产生弯曲变形，使样品承受与拉伸结合的压力，使用第一压力部件(第一管线C1)使膜片M贴靠所述样品ET的内表面，使用第二压力部件(第二管线C2)在样品ET的内壁上局部施加第一(径向)内压PI1，使用第三压力部件(第三管线C3)，以便通过封隔器P的管体TU在封堵构件B1和B2之间的每个作用区ZA施加一第二(轴向)内压PI2。

[169]重要的是，需要指出，使用与符合本发明的样品装在一起的封隔器、压力部件和封堵构件，可以非常有利地将静态应力与周期性动态应力的组合进行叠加--而带有作动缸的现有技术的试验设备不能做这样的叠加，并且可以非常有利地选择给定的静态应力组合--通过一流体提供简单内压的现有技术的设备不能这样选择。

[170]另外很重要的是，需要指出，一动态应力试验可以包括一单一阶段，在该阶段中，每次施加应力(弯曲变形和压力和/或拉伸)的强度基本恒定，或者包括至少有两个阶段的顺序，在这两个阶段中，其中至少一个施加应力的强度从一阶段到另一阶段是变化的。例如，一动态应力试验可以包括一阶段顺序，其中压力和/或拉伸保持基本恒定，而偏心质量块(DME的转速从一阶段到另一阶段是变化的(例如以递增的方式)。

[171]如前面指出的，试验由技术员确定参数的数据集确定。该数据集包括所有与样品有关的信息(基准点、直径)和与负荷条件有关的信息(配重质量、一顺序的每个阶段的转速(或频率)、每个阶段的周期数(或转速))，以及与管线C1-C3的压力有关的信息，以及测量和监测的参数。

[172]注意到，疲劳现象由裂缝的出现来特征化，所述裂缝在一定数量的周期(或马达转动)后尤其穿过所述样品的壁传播。

[173]当一疲劳裂缝在样品中传播时，样品会失去“整体性”，并且如果转速(或频率)保持恒定，则样品承受的应变的和/或径向位移的幅度会发生变化。

[174]疲劳裂缝出现前的其它原因也可能导致应变或位移幅度的变化。

[175]因此，如果希望样品ET的应变或移动变形从应力试验的开始到结束基本保持恒定，设备I必须包括一个建立在转速调节上的错误弥补系统，速度调节通过马达MT根据进行的测量值与参考值之间的比较加给配重(DME)。

[176]转速调节至少建立在：

[177]·在代表样品ET初始承受的应变幅度的第一参考(应变)测量值上；

[178]·在后来进行的代表样品ET在试验时的任何时刻承受的应变幅度的第一测量值上。

[179]作为变型，转速调节至少建立在：

[180]·在代表装有一对加速度计的样品ET的每个截面处的位移幅度并与初始变形幅度相对应的第二参考测量值上；

[181]·在代表样品ET在试验过程中在其装有第一对加速度计A11和A12的截面处承受的位移的后来进行的第二测量值上；

[182]·也可在代表样品ET装有另外一对加速度计Ai’1和Ai’2的其它截面处承受的其它位移的其它第二测量值上。例如控制模块MC可以确定最近的第二测量值提供的位移幅度与所需的弯曲位移幅度之间的相对偏差，然后将该偏差与选定调节允差区间的限度进行比较，以便在每次该偏差在调节区间以外时调配马达MT的转速。这里超过阈值被视为是一个应纠正的错误。

[183]例如将相对偏差与一固定百分比的调节区间界限进行比较，例如该百分比等于±2.5％。如果正确值与最近值之间的相对差在-2.5％与+2.5％之间的区间之外，则应纠正错误。

[184]可以确定一叫做警戒允差的第二区间，例如该区间等于调节区间的二倍，并且在调节区间上对中，以便如果相对偏差在该第二区间外，则启动试验停止。

[185]这就是说，位移可转换为应变。

[186]控制模块MC进行的转速校正建立在按照一选定频率进行的测量上。例如该频率相当于被马达MT带动的轴AR的转动频率。例如轴AR的每次转动通过一转动检测器DR进行检测，并表现为生成一送往控制模块MC的信号。因此控制模块MC每次收到数量等于选定数量的信号，它就通过伺服装置询问相关加速度计和/或应变计，并使用它们的(第一和/或第二)测量值进行所述伺服。转动检测器DR例如为光学类型(例如包括一激光阅读器，这种激光阅读器可以是Keyence公司商业销售的类型)。

[187]重要的是，应指出，伺服可以从至少某些(移动)加速度计传送的测量值或者同时从至少某些(移动)加速度计和至少某些(应变)计传送的测量值进行。

[188]下面描述计算加速度计的(第二)测量值上进行伺服的实例(计算可以以同样方式在(第一)应变测量值上进行)。

[189]该计算实例从假设样品ET的操作变形开始为1级，因此每个带有一对加速度计的截面在激励频率下的位移幅度直接与样品ET承受的应变有关。在这些条件下，为了使与初始变形对应的初始应变保持恒定，只需使每个位移幅度保持恒定。

[190]每当控制模块MC从转动检测器DR收到一个信号(或“toptour”)，它就记下每对加速度计进行的(第二)测量值，并从中推出第一最大幅度值和围绕激励频率的相应相位值。

[191]例如从加速度计传送的瞬时信号的频谱分析出发，并根据频率分辨率和频率fn和f_n两侧的频率f_n-1和f_n+1的谱线值通过下面所述的算法校正每个最大幅度值。

[192]假设a_n为频率f_n下的最大幅度，a_n-1和a_n+1是频率f_n-1和f_n+1下的幅度，ρf是频率分辨率，则频率f_n下校正后的(加速度)幅度a’_n由关系式a’_n＝a_n/ρa给出，并且：

${\mathrm{\Δ}}^{\′}f=\frac{\mathrm{\Δf}}{1+\max [2,\frac{a_n}{\min (a_{n-1},a_{n+1})}]}$

[193]和

$\mathrm{\Δa}=\frac{\sin \left(\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\Δ}}^{\′}f}{\mathrm{\Δf}}\right)}{\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{\Δ}}^{\′}f}{\mathrm{\Δf}}}$

[194]然后通过频谱双重积分将这些校正后的(加速度)幅度转换为位移(u)，其中：

$u=\frac{{a^{\′}}_n}{{\left(2\mathrm{\πf}\right)}^2}$

[195]这里一对加速度计传送的代表一理论位移的两个信号的形状为正弦曲线。

[196]这两个信号在样品ET同一截面上的轨道画出一椭圆，椭圆的长轴构成在样品ET截面上的最大位移幅度。

[197]如图8所示，该椭圆内切在一矩形中，矩形的边a和b相当于测量并校正的(加速度)幅度。它的主轴与x、y轴分开一角度α，成对加速度计的测量沿x、y轴进行。

[198]两个信号的参数方程可以用下面的方式表示(在图8中看到，例如对top tour给出的一点M)：

[199]OM₁：x＝a cosωt

[200]OM₂：y＝bcos(ωt+φ)，φ∈[0，2π]

[201]其中Ф是两个加速度计信号之间的动态相位差。

[202]研究下面形式的椭圆方程：

$\frac{X^2}{A^2}+\frac{Y^2}{B^2}=1$

[203]并通过旋转一角度α改变坐标系，得到下式：

$\mathrm{\α}=\frac{1}{2}\arctan \left(2\cos \mathrm{\Φ}\frac{\mathrm{ab}}{a^2-b^2}\right)$

[204]其中α∈[0，2ππ]。

[205]然后用下面的方式推出椭圆的主轴：

$A=\sqrt{\frac{a^2{b}^2{\sin }^2\mathrm{\Φ}}{b^2{\cos }^2\mathrm{\α}+a^2{\sin }^2\mathrm{\α}-2\mathrm{ab}\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\Φ}}}$

$B=\sqrt{\frac{a^2{b}^2{\sin }^2\mathrm{\Φ}}{b^2{\sin }^2\mathrm{\α}+a^2{\cos }^2\mathrm{\α}+2\mathrm{ab}\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\Φ}}}$

[206]则A和B的最大值相当于达到的最大幅度。

[207]可以验证，使Ф＝90°(相当于没有动态相差，因此只有一对加速度计之间的静态相差)，得到α＝0°，A＝a，B＝b。

[208]控制模块MC对样品ET每个装有一对加速度计并被技术员初始选择的截面进行该计算。

[209]每个截面的位移幅度值可以显示在计算机PC的屏幕上。例如该显示可以按通过每个分析截面的每对加速度计所得到的最后椭圆的叠加的形式进行。不同的叠加的椭圆可以相对于所测量的最大位移(相对输入值的最大范围)设定比例(mise àI’échelle)。

[210]控制部件MC优选确定它已确定的每个位移幅度与相当于(第二)初始参考测量值的位移幅度之间选定的相对偏差。然后将该相对偏差与技术员在应力试验开始前确定的调节允差区间的限度进行比较。

[211]当允许的相对偏差(或允差百分比)在样品ET的每个截面得到保证时，可以用和前面相同的转速继续进行应力试验，如果所述试验包括不同位移幅度的新相位，可用新的速度(或指令)继续进行试验。

[212]当相对偏差(或允差百分比)在样品ET的至少一截面处没有被遵守时，控制模块MC按照与旋转过程中的差值施加一正的或负的增量(由技术员在应力试验开始前确定)，以便确定马达MT的新的速度值(或指令)。

[213]当已经施加一增量时，例如可以考虑使控制模块MC继续它的计算，但是在技术员初始确定的等待时间期间，不施加新的校正(新的增量)。该规则用于使设备I稳定它的响应。

[214]重要的是，如果在一给定时刻，相当于模块MC确定的新的转速(或指令)的频率超过技术员规定的略小于样品ET共振频率的初始最大频率，应力试验停止。

[215]还需要指出的是，伺服(asservissement)的最小响应时间相当于选定的频率分辨率。

[216]当只在(第一)应变测量值上进行伺服时，可以通过加入正的或负的转速增量校正指令。例如可以将应力(计)的相对偏差与应力允许允差区间的限度进行比较。在这种情况下，可以决定在相对应力偏差从下面超过调节允差区间下限的情况下将转速增加一个增量。同样，在相对应力偏差从上面超过第二调节允差区间上限的情况下决定将转速降低一个增量。如果相对应力偏差在警戒允差区间以外，该警戒允差区间是调节允差区间的二倍，并在调节允差区间上对中，可以决定停止马达MT，因此停止试验。

[217]当伺服只在(第二)加速度计测量值上进行时，可以以类似的方法通过加入正的或负的转速增量校正指令：在相对位移偏差从下面超过允差区间下限的情况下使转速增加一增量，在相对位移偏差从上面超过第二允差区间上限的情况下使转速减少一增量。如果相对位移偏差在警戒允差区间以外，该警戒允差区间是调节允差区间的二倍，并在调节允差区间上对中，可以决定停止马达MT，因此停止试验。

[218]当在(第二)加速度计测量值和(第一)应变计测量值上同时带有伺服时，也可通过加入正的或负的增量校正指令。例如，可以将(加速度计)相对位移偏差与允差区间与位移的比(用百分比表示)进行比较，如前面指出的，将应变计差与允差区间与应力的比(用百分比表示)进行比较。在这种情况下，可以在相对应力偏差从下面超过第二允差区间的下限的情况下决定使转速增加一增量，而无论相对位移偏差区间的值是否在与其相关的警戒允差内。同样，在相对应力偏差从上面超过第二允差区间的上限的情况下，可以决定使转速减少一增量，而无论相对位移偏差的值是否在与之连接的警戒允差区间内。在相对应力偏差或相对位移偏差在与之连接的警戒允差区间外时，可以决定停止马达MT，因此停止试验。如果相对应力偏差和位移偏差需要符号相反的转速增量，也可决定试验停止。

[219]该设备还可在所谓的“降级”状况运行。由于疲劳裂缝仅限制样品ET承受的应变作用，所述状况主要用于存在非常大尺寸的疲劳裂缝的情况，根据所述状况，当离开调节允差区间时，将转速增加一增量(incrément)。

[220]现在参照图1更详细地描述使设备I可以实施它的调节或者更简单地提取它的不同传感器特别是它的应变计Jk和成对加速度计Ai1、Ai2进行的测量的设备。

[221]计算机PC例如装有模拟和数字输入/输出卡CI和分析卡CA。

[222]模拟和数字输入/输出卡例如为测量计算PCI-DAS 1602/16型。例如该卡包括：

[223]·8个可以在施加应力部件(或台)上或为施加应力部件(或台)得到逻辑信息的数字输入，例如允许启动或检测样品ET的存在。这8个输入优选是可以通过技术员定参数的；

[224]·8个可以接受直流(或DC)“慢”信号(或测量值)的模拟输入，例如压力(CP)或温度(CT)；

[225]·4个可以向包括转换器VR的控制柜ARC提供运行指令的数字输出。例如其中一数字输出用于作为看门狗(或“WatchDog”)。而控制模块MC负责以规则的间隔改变该看门狗的输出状态。该状态改变提供给控制柜ARC的一个延时继电器。因此在不合时宜地停止使用的情况下(例如由于一逻辑故障或零件故障)，延时继电器停止马达MT的运行；

[226]·1个可以施加转换器VR指令的模拟输出。

[227]分析卡CA例如为OROS OR25PC-PACK II-316型(有16个输入道)。该卡负责收集并分析某些传感器(应变计、加速度计)以动态信号形式传送的交流(AC)信号。

[228]应变计Jk的测量值在传送给分析卡CA前优选通过信号调节模块MCS进行调节，调节模块MCS的类型例如为HMB测量中心。

[229]分析卡CA例如通过一接口卡PCI/PCMCIA与计算机PC连接。

[230]用于在分析卡CA内分析信号的部分例如包括一分析器OR25，该分析器包括用于通过快速傅立叶变换FFT进行频率分析的OR763型分析模块和一个OR773型存储模块。

[231]分析器OR25使用的测量模式例如为实时FFT模式。考虑到振动激励频率的范围(一般为10-50Hz)，要使用的分析频带应规定在50到100Hz之间。

[232]当使用转换器VR的电位器调节速度的变化步长约为2/100转时，这相当于频率变化约为0.1Hz。因此(由分析带与谱线数量的比确定的)测量分辨率应小于或等于该变化步长。每个测量的持续时长与该频率分辨率成反比：例如对0.05Hz的分辨率，测量持续的时间为20秒。该分辨率在分析器中的调节通过谱线数量进行。技术员可以改变该分辨率的调节，以控制测量持续的时间。

[233]分析器OR25按模量和相位进行频谱测量，所述测量与转速计信号同步，所述转速计信号由与其联接的转动(或圈或周期)检测器DR传送。进行这些测量优选时间是平均的。可以考虑调节时间平均值的数量。控制模块MC计算一次采集的持续时长，并显示在计算机PC的屏幕上。作为定义，包括在两个伺服测量之间时间间隔的持续时长等于所述采集时期与所述确定的平均值的数量的乘积(produit)。

[234]有利地，管理所述分析卡CA的输入通道的饱和度。在这种情况下，对分析器的每个通道规定一个对分析卡CA的模拟/数字转换器的输入值区间。分析器可以检测测量期间转换器的饱和度，该饱和度为一错误测量的特征。所述输入值区间的调节可以为测量值设置转换器的全部数字动态范围(例如16位)。

[235]分析器OR25还可设置输入值区间的自动标定模式。分析器从最大信号出发确定每个输入通道的最佳调节范围。每个最佳值也可加入一安全余量。

[236]因此技术员可以对每个输入通道规定固定或自动输入值的范围(以及相关的安全余量)。重要的是，试验过程中，一次测量期间的任何饱和度检测导致记录一个事件，并且试验停止。

[237]分析器OR25对使用的每对加速度计提供一个被转动检测器DR传送的每个转速信号(或top tour)确定节律的相位值。实际上，该相位值代表安放在样品ET一截面处的一对两个加速度计之间的相对相差。分析器OR25提供不同测量信号相对每个top tour信号的完全同步性。

[238]只有在存在top tour信号的情况下，相位测量才能正确进行。在失去转速信号的情况下，分析器不启动测量。当在选定的延迟内(例如等于2秒)没有检测出任何top tour信号时，控制模块MC检测出一个问题。

[239]应变计Jk的信号优选与成对加速度计传送的信号同时收集和分析。因此可以在计算机PC的屏幕上跟随测试的样品在每个装有应变计Jk的截面处承受应力的变化。

[240]转动检测器DR的出口例如不仅与分析卡CA连接，还与一圈数计数盒BCT例如ADAM 4080盒连接，该计数盒本身通过总线RS485与一通讯盒BCN例如ADAM 4520连接，该通讯盒BCN通过连接件RS232C与计算机PC的串联接口连接。

[241]圈数计数可以确定样品从开始试验到试验停止(由于样品断裂、内压泄漏、在一特定允差间隔内不能伺服、太靠近共振频率的运行、或其它任何设置用于使试验停止的原因)承受的弯曲周期数。

[242]通过控制模块MC进行的圈数(或转动或周期)的计数通过定期阅读串行接口上的帧(trames)进行。例如，调节期间通过伺服识别的每个通讯错误产生一个中断伺服的圈数(或周期数)的计数缺陷。

[243]控制模块MC的形式可以是一电子线路(或“硬件”)、逻辑模块(或信息或“软件”)，或电子线路与逻辑模块的结合。

[244]本发明不局限于前面只是作为实例描述的施加应力设备和施加应力方法，而是囊括本领域技术人员可以在下面的权利要求的范围内考虑的所有变型。

[245]本发明的目的例如是用于两个管体构成的管体零件，两个管体之间通过螺纹连接之外的任何其它方式连在一起。

[246]因此样品可以由两根通过任何种类的焊接方法连接的管体构成，这里焊接方法一词是广义的，因此包括熔化焊接(有附加材料或无附加材料)或无熔化焊接、铜焊或钎焊、固态和/或液态熔化(例如专利文件EP1418376、US6288373、WO99/08828中描述的)，或者通过在要连接的表面渗入材料，例如磁性形成(magnétoformage)或爆炸形成的材料。

[247]样品还可包括两个通过一个或几个连接零件连接的管体，连接零件例如为附加在管体端部的法兰。

[248]管体之间的连接也可以是专利US5681059中描述的连接，这种连接通过一系列位于一个管体的外表面和另一管体的内表面上的一系列阳式和阴式环形突起和沟槽的合作进行。

[249]本发明的目的还在于用于由两个以上管体构成的管形样品，这些管体通过任何连接方式两两连接。因此可以在每个连接处确定一待测试区域。在这种情况下，可以使用几个封隔器。另外，可以使用一个封隔器，在该封隔器上形成几个待测试区域。也可使用几个第二压力部件，以便在每个待测试区域施加互相独立的第一内压。还可以使用几个第三压力部件，以便施加互相独立的第二内压。

Claims (48)

1.管形样品(ET)的施加机械应力的设备(I)，其特征在于，该设备包括至少一个封隔器(P)，所述封隔器(P)位于所述样品(ET)中在一待测试区域(ZT)处，所述封隔器(P)的纵向展幅大于所述待测试区域(ZT)的纵向展幅，并且所述封隔器(P)包括：

i)第一压力部件(C1)，其适合于局部改变所述封隔器的至少第一部分的直径，使得所述第一压力部件(C1)在待测试区域(ZT)处贴靠所述样品(ET)的内表面；

ii)第二压力部件(C2)，其适合于在位于所述封隔器(P)的第二部分处的所述内表面的一部分上施加一第一选定内压；和/或

iii)第三压力部件(C3)，其适合于与至少一封堵构件(B1、B2)配合，所述封堵构件按与所述封隔器(P)的一端部相隔开的方式与所述样品相连，以形成一作用区(ZA)，从而在所述作用区(ZA)处向所述样品(ET)施加一第二选定内压。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备包括至少一个应变计(Jk)，所述应变计(Jk)用于被安置在所述样品(ET)的一外表面的一选定地点，以便传送第一应变测量值，所述第一应变测量值代表所述样品在所述选定地点承受的应变状态。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，该设备包括至少两个应变计(Jk)，所述应变计(Jk)用于被安置在所述样品(ET)的所述外表面的两个不同的选定地点，以便传送第一应变测量值，所述第一应变测量值代表所述样品在所述每个选定地点承受的应变状态。

4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，该设备另外包括：

i)两个支撑部件(S1、S2)，其能够支撑所述样品(ET)；

ii)一旋转马达(MT)，其与一激励部件(BO、AR’)联接，所述激励部件(BO、AR’)装设有一偏心质量块式装置(DME)，该偏心质量块式装置(DME)与所述样品(ET)的端部联接，并形成一配重；和

iii)控制部件(MC)，其适合于指令通过所述马达(MT)按一可调节速度转动地驱动所述偏心质量块，以便所述样品(ET)根据所述配重承受一选定的振动激励，从而使所述样品发生周期性弯曲变形。

5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述支撑部件(S1、S2)中的至少一个被设置成使得：其位置基本相当于所述样品的一个振动节点。

6.如权利要求2或3中任一项所述的、并结合权利要求4和5所述的设备，其特征在于，所述控制部件(MC)被设置成：根据希望所述样品(ET)承受的应变幅度调配所述马达(MT)的转速。

7.如权利要求4至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少一对加速度计(A11、A12)，所述加速度计用于互相成90°角地被安置在所述样品(ET)的所述外表面的选定地点，以便传送代表所述样品承受的位移的第二测量值；并且，所述控制部件(MC)被设置成：根据所述成对的加速度计(A11、A12)传送的最近的第二测量值调配所述马达(MT)的转速，使得所述样品(ET)在一选定地点承受的弯曲径向位移的幅度保持基本恒定。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少两对加速度计(A11、A12、Ai’1、Ai’2)，每对加速度计互相成90°角地被安置在所述样品(ET)的外表面的选定地点，以便传送其它的第二测量值，所述其它的第二测量值在其它选定地点取得，并代表所述样品在其它选定地点承受的位移；并且，所述控制部件(MC)被设置成对所述最近第二测量值进行组合，以便根据所述组合，调配所述马达(MT)的转速，使得所述样品在所述选定地点承受的弯曲位移的幅度基本保持恒定。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述管形样品(ET)由至少两根在所述待测试区域(ZT)互相连接的管形零件(T1、T2)构成，所述两对加速度计(A11、A12、Ai’1、Ai’2)位于所述连接的两侧。

10.如权利要求7至9中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制部件(MC)被设计成：用于将所述加速度计对(Ai1、Ai2、Ai’1、Ai’2)中的至少一对传送的至少所述最近的第二测量值与代表初始位移幅度的第二参考测量值进行比较——所述初始位移幅度相当于在选定地点所希望的弯曲位移幅度，然后用于根据所述比较结果调配所述马达(MT)的转速。

11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述控制部件(MC)被设置成：用于确定在所述最近第二测量值代表的位移幅度和所述希望的弯曲位移幅度之间的相对偏差，然后用于将该相对偏差与一调节允差区间进行比较，以便在所述相对差在所述调节区间之外时，调配所述马达(MT)的转速。

12.如权利要求4至11中任一项所述的设备，其特征在于，该设备包括一转动检测装置(DR)，该转动检测装置适合于检测所述马达(MT)施加的每个转动。

13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述转动检测装置(DR)被设置成：向所述控制部件(MC)发出一个代表检测出的每个转动的信号，使得每当收到的信号数量等于一选定数量时，所述控制部件(MC)就调配所述马达(MT)的转速。

14.如权利要求1至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述封隔器(P)包括一基本不变形的支撑部件(TU)，一可变形环形的膜片(M)安装在所述支撑部件(TU)上；并且，所述第一压力部件包括一第一流体供应管线(C1)，其适合于在所述基本不变形的支撑部件(TU)与所述膜片(M)之间引导一选定流体，以建立选定压力。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述流体是一加压液体。

16.如权利要求1至15中任一项所述的设备，其特征在于，所述第二压力部件包括一第二流体供应管线(C2)，该第二流体供应管线具有一流体出口，所述流体出口通向所述样品(ET)的内表面的对面，以便建立所述第一选定内压。

17.如权利要求16所述的设备，其特征在于，所述第二流体供应管线(C2)以密封方式穿过所述膜片(M)。

18.如权利要求16或17所述的设备，其特征在于，该设备包括泄漏检测部件(MDF)，所述泄漏检测部件在所述样品(ET)的外表面附近位于所述待测试区域(ZT)中，并且，所述泄漏检测部件(MDF)被设置用于在所述样品(ET)的周围检测由所述第二流体供应管线(C2)传送的流体可能发生的泄漏。

19.如权利要求16至18任一项所述的设备，其特征在于，所述的在所述第二压力部件中流动的流体是一气体。

20.如权利要求1至19中任一项所述的设备，其特征在于，所述第三压力部件包括一第三流体供应管线(C3)，其适合于向每个作用区提供流体，以便在所述样品(ET)上施加所述第二选定内压。

21.如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述第三压力部件的所述流体是一加压液体。

22.如权利要求20或21所述的设备，其特征在于，该设备包括：一分路装置(DA)，所述分路装置(DA)与所述第一流体供应管线(C1)和所述第三流体供应管线(C3)连接；和一泵(PE)，所述泵(PE)与所述分路装置(DA)联接。

23.如权利要求14并结合权利要求20至22中任一项所述的设备，其特征在于，所述封隔器(P)的支撑部件(TU)是一形成空心中心管道的管体，该空心中心管道限定出所述第三流体供应管线(C3)的一部分，并且具有两个相对的端部，其中至少一端部通向一作用区(ZA)，以便为该作用区(ZA)提供流体。

24.如权利要求1至23中任一项所述的设备，其特征在于，该设备包括两个封堵构件(B1、B2)，所述封堵构件(B1、B2)与所述封隔器(P)的两端部相间隔开地安装，用于形成至少一作用区(ZA)，以便在所述作用区(ZA)处对所述样品施加所述选定的第二内压。

25.如权利要求23和24相结合所述的设备，其特征在于，所述第一流体供应管线(C1)的一部分和/或所述第二流体供应管线(C2)的一部分位于所述中心管道内。

26.如权利要求1至25中任一项所述的设备，其特征在于，该设备包括至少一个温度传感器(CT)，所述温度传感器(CT)用于安装在所述样品(ET)的一选定地点，以便传送代表所述样品在该选定地点的温度的第三测量值。

27.如权利要求1至26中任一项所述的设备，其特征在于，该设备包括至少一个压力传感器(CP)，所述压力传感器(CP)用于安装在所述样品(ET)的一选定地点，以便传送代表所述样品在该选定地点的内压的第四测量值。

28.如权利要求1至27中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制部件被设置成：将来自某些所述第一测量值的第一结果与来自至少某些所述第二测量值的第二结果进行比较，以便在第一结果与第二结果相容时，允许继续进行试验。

29.如权利要求4至27中任一项所述的设备，其特征在于，所述控制部件(MC)被设置成用于在应力试验的过程中指令所述马达(MT)按照一选定的转速序列带动所述偏心质量块(DME)转动，以使所述样品(ET)承受一选定序列的振动激励。

30.管形样品(ET)的施加机械应力的方法，其特征在于，该方法包括：在所述样品(ET)中，在一待测试区域(ZT)处，引入至少一封隔器(P)，所述封隔器(P)具有一纵向展幅，该纵向展幅大于所述待测试区域(ZT)的纵向展幅，并且所述封隔器(P)包括第一压力部件(C1)、第二压力部件(C2)和/或第三压力部件(C3)；然后用所述第一压力部件(C1)局部改变所述封隔器(P)至少第一部分的直径，以使所述封隔器(P)在所述待测试区域(ZT)处贴靠所述样品(ET)的一内表面；并用所述第二压力部件(C2)在位于所述封隔器(P)的第二部分处的所述内表面的一部分上施加一第一选定内压；并且/或者在与所述封隔器(P)的一端部相间隔处，将至少一封堵构件(B1、B2)连接到所述样品(ET)上，以形成一作用区(ZA)；然后用所述第三压力部件(C3)在所述作用区(ZA)处向所述样品(ET)施加一第二选定内压。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，在所述样品(ET)外表面的至少一选定地点处设置至少一个应变计(Jk)，以得到代表所述样品在所述选定地点承受的应变状态的第一应变测量值。

32.如权利要求30或31所述的方法，其特征在于，在所述样品(ET)外表面的至少两个选定地点处设置至少两个应变计(Jk)，以得到代表所述样品在每个所述选定地点承受的应变状态的第一应变测量值。

33.如权利要求30至32中任一项所述的方法，其特征在于，另外设置：两个支撑部件(S1、S2)，所述样品(ET)安装在这两个支撑部件上；和一旋转马达(MT)，其与一激励部件(B、AR’)联接，所述激励部件装设有一偏心质量块式装置(DME)，所述偏心质量块式装置与所述样品(ET)的一端部联接并形成一配重；并且，通过所述马达(MT)带动所述偏心质量块(DME)以一可调节的速度转动，以使所述样品(ET)根据所述配重承受一选定的振动激励，从而使所述样品产生周期性弯曲变形。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，将所述支撑部件(S1、S2)中至少一个安设在所述样品(ET)的一振动节点处。

35.如权利要求31或32并结合权利要求33所述的方法，其特征在于，在一初步参考阶段，首先根据希望所述样品(ET)承受的应变幅度选择所述马达(MT)的初始转速。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，在初步参考阶段之后，调配所述马达(MT)的所述转速，使得由所述样品(ET)承受的、并由第一测量值表示的弯曲应变的幅度基本保持恒定。

37.如权利要求33至36中任一项所述的方法，其特征在于，在所述样品(ET)的所述外表面的选定地点处，设置至少一对加速度计(A11、A12)，所述加速度计互相分开90°角，并用于传送代表所述样品(ET)承受的位移的第二测量值；并且，根据每对加速度计(A11、A12)传送的最近第二测量值，调配所述马达(MT)的转速，使得所述样品(ET)在所述选定地点处承受的径向弯曲位移的幅度基本保持恒定。

38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，在所述样品的所述外表面的其它选定地点处，设置至少其它两对加速度计(A11、A12、Ai’1、Ai’2)，每对所述加速度计互相成90°角地安设在所述样品(ET)外表面的其它选定地点处，并用于传送代表所述样品(ET)在所述其它选定地点处承受的位移的其它第二测量值；并且，对最近的第二测量值进行组合，以便按照所述组合，调配所述马达(MT)的转速，使得由所述样品(ET)在所述选定地点处承受的弯曲位移的幅度基本保持恒定。

39.如权利要求37或38所述的方法，其特征在于，将至少一对加速度计(A11、A12、Ai’1、Ai’2)传送的至少所述最近第二测量值与代表初始位移幅度的参考第二测量值进行比较，所述初始位移幅度相当于在选定地点处希望的弯曲位移的幅度，然后根据所述比较的结果，调配所述马达(MT)的所述转速。

40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，确定所述最近第二测量值代表的位移幅度与所述希望的弯曲位移幅度之间的相对偏差；然后将该偏差与一调节允差区间的范围进行比较，以便在所述偏差在所述调节允差区间之外时，调配所述马达的转速。

41.如权利要求33至40中任一项所述的方法，其特征在于，检测所述马达(MT)施加的每个转动。

42.如权利要求41所述的方法，其特征在于，每次收到的信号数量等于一选定数量时，调配马达(MT)的所述转速。

43.如权利要求30至42中任一项所述的方法，其特征在于，设置至少一个温度传感器(CT)，所述温度传感器(CT)安装在所述样品(ET)一选定地点，以便得到代表所述样品在该选定地点的温度的第三测量值。

44.如权利要求30至43中任一项所述的方法，其特征在于，设置至少一个压力传感器(CP)，所述压力传感器安装在所述样品(ET)的一选定地点，以便得到代表所述样品在该选定地点的内压的第四测量值。

45.如权利要求33至44中任一项所述的方法，其特征在于，在应力试验的过程中，指令所述马达(MT)带动所述偏心质量块式装置(DME)按照一选定的转速序列转动，以使其承受一选定序列的振动激励。

46.如权利要求30至45中任一项所述的方法，其特征在于，将来自至少某些所述第一测量值的第一应变结果与来自至少某些所述第二测量值的第二径向位移结果进行比较，以便在第一结果与第二结果相容时，允许继续进行试验。

47.如权利要求30至46中任一项所述的方法，其特征在于，在所述待测试区域(ZT)处在所述样品(ET)的周围进行泄漏测试。

48.使用如上述权利要求中任一项所述的方法和设备(I)对在一组中选择的样品(ET)进行应力试验，该组包括：

i)单一管体；

ii)第一管形零件，其形成第一管体，和第二管形零件，其形成第二管体并通过焊接与所述第一管体连接；

iii)第一管形零件，其形成第一管体并带有公螺纹；和第二管形零件，其形成第二管体并带有母螺纹，该母螺纹用于与所述公螺纹配合，以构成螺纹连接；

iv)第一管形零件，其形成第一管体并带有公螺纹；第二管形零件，其形成第二管体并带有公螺纹；和第三管形零件，其形成连接套筒并带有两个母螺纹，所述两个母螺纹用于分别与所述公螺纹配合，以形成螺纹连接；和

v)第一管形零件，其形成第一管体，所述第一管形零件在其外表面上带有一系列阳式突起和环形沟槽；和第二管形零件，其形成第二管体，所述第二管形零件在其内表面一带有一系列与所述阳式突起和环形沟槽对应的阴式突起和环形沟槽，用于与所述阳式突起和沟槽配合，以构成两个管体之间的连接。

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