CN105181446A - 一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其包括如下步骤：沿着竹复合压力管的径向切割出多个轴向长度为B的圆环状试样，试样一侧的上下端面上开设有上下对称的且底面平行的两个凹槽，该凹槽沿着试样的圆环延伸；试样的另一侧开设有同样的上下对称的两个凹槽，并且试样同一端面上开设的两个凹槽关于试样的圆心对称；将试样通过夹具夹持后安装于拉力试验机上，进行拉伸试验，根据公式计算单个试样的初始环向拉伸强力，最后计算多个试样初始环向拉伸强力的算术平均值，获得竹复合压力管的初始环向拉伸强力。本发明可实现竹复合压力管环向拉伸强力的快速准确的测试，具有操作方便、测试简单等优点。

Description

一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法

技术领域

本发明属于管道力学性能测试试样及夹具领域，更具体地，涉及一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法。

背景技术

竹复合压力管是一种以竹材为基体材料，以热固性树脂为胶粘剂，采用缠绕工艺制成的新型压力管道，该新型压力管道具有耐压强度高、刚度好、绝缘、耐腐、水流性能佳、重量轻、安装方便、成本低廉、使用寿命长等特性，可广泛应用于城市给排水、水利、农田灌溉、石油污水处理、工业循环水等领域。

竹复合压力管下线成品后，对于不同场合下使用的管道，需要对使用管道的环向可承受应力大小进行测定，即对其环向拉伸强力进行测试，以此来确定竹复合压力管性能是否符合质量及使用要求。由于竹复合压力管是以竹材为基体并以缠绕工艺制成的特殊的压力管道，现有技术中还没有一种简单有效、且较为精准的可用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其中结合竹复合压力管自身的特点，相应的设计了适用于竹复合压力管的试验方法，并对环向拉伸强力的测试公式及执行环向拉伸强力测试的试样进行设计，相应的可有效的制备适用于竹复合压力管执行环向拉伸强力测试的试样，并快速的获得竹复合压力管的初始环向拉伸强力值，具有测试快速便捷、简单方便的优点；同时，本发明还设计了在执行环向拉伸强力测试过程中用于夹持试样的专用夹具，该夹具具有结构简单，操作方便的优点。

为实现上述目的，本发明提出了一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备试样：沿着待测试的竹复合压力管的径向切割出多个轴向长度为B的圆环状试样，所述试样一侧的上下端面上开设有上下对称的且底面平行的两个凹槽，该凹槽沿着所述试样的圆环延伸；所述凹槽的底面长度为L，并且两个凹槽底面之间的距离为b；所述试样的另一侧开设有同样的上下对称的两个凹槽，并且所述试样同一端面上开设的两个凹槽关于所述试样的圆心对称；

(2)拉伸测试：将所述试样通过夹具夹持后安装于拉力试验机上，保证安装后，所述试样同一端面上开设的两个凹槽的中心连线垂直于加载方向，然后以2～5mm/min的加载速度均匀、连续的对所述试样进行加载，直到所述试样破坏，记录试样破坏时所对应的破坏载荷F，则该试样的初始环向拉伸强力F_th为：

$F_{th}=\frac{F}{b};$

其中：F_th—初始环向拉伸强力；

F—破坏载荷；

b—试样两个凹槽底面之间的距离；

计算上述多个试样初始环向拉伸强力的算术平均值，获得该待测竹复合压力管的初始环向拉伸强力。

作为进一步优选的，所述待测竹复合压力管的初始环向拉伸强力需不小于设定的初始环向拉伸强力最小值F_th′，该设定的初始环向拉伸强力最小值F_th′与所述待测竹复合压力管的公称直径和压力等级相关。

作为进一步优选的，所述凹槽与所述试样的圆环端面通过倒角过渡连接，所述倒角为45°。

作为进一步优选的，所述试样的个数不少于5个。

作为进一步优选的，所述夹具包括两个上下对称设置且形状相同的上夹体和下夹体，其中：

该上夹体包括上拉杆和上拉模具，所述上拉杆的底端为U型叉结构，所述上拉模具为半圆型板状结构，所述上拉模具与所述上拉杆的U型叉结构固定连接，所述上拉杆的U型叉结构连接于所述上拉模具的中轴线上；

该下夹体包括下拉杆和下拉模具，所述下拉杆的顶端为U型叉结构，所述下拉模具为半圆型板状结构，所述下拉模具与所述下拉杆的U型叉结构固定连接，所述下拉杆的U型叉结构连接于所述下拉模具的中轴线上；

所述半圆型板状结构的上拉模具和下拉模具套装在所述试样的内部，并且所述上拉模具和下拉模具的形状与所述试样的形状相适应；所述上拉杆和下拉杆的U型叉结构套装在所述试样的外部。

作为进一步优选的，所述上拉模具和下拉模具通过连接板相连，该连接板与所述上拉模具和下拉模具滑动连接。

作为进一步优选的，所述上拉模具和下拉模具上开设有用于安装所述连接板的滑动凹槽，所述半圆型板状结构的上拉模具和下拉模具具有一圆弧边和一直线边，所述滑动凹槽与所述半圆型板状结构的直线边垂直。

作为进一步优选的，所述上拉模具通过螺钉与所述上拉杆的U型叉结构固定连接；所述下拉模具通过螺钉与所述下拉杆的U型叉结构固定连接。

作为进一步优选的，所述半圆型板状结构的上拉模具和下拉模具的直线边相对，且互相平行。

作为进一步优选的，所述上拉模具和下拉模具的直线边与所述试样两侧同一端面上开设的两个凹槽的中心连线平行。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明结合竹复合压力管以竹材为基体材料、以热固性树脂为胶黏剂、采用缠绕工艺制成的特点，相应的设计了适用于具有上述结构的竹复合压力管的环向拉伸强力检测方法，并对初始环向拉伸强力的计算公式进行研究，同时还对执行环向拉伸强力测试的试样的形状结构进行研究，具有检测快速准确、简单方便等优点，便于竹复合压力管环向拉伸强力的快速测试。

2.本发明还对执行环向拉伸强力测试过程中用于夹持试样的夹具进行了研究，设计了适用于竹复合压力管执行环向拉伸强力测试的专用夹具，该夹具具有结构简单，可操作性强的优点。

附图说明

图1(a)和(b)分别是竹复合压力管的圆环形试样的主视图和剖面图；

图2(a)和(b)分别是用专用夹具执行环向拉伸强力测试的主视图和左视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，具体包括如下步骤：

(1)制备试样：如图1(a)和(b)所示，沿着待测试的竹复合压力管的径向切割出多个轴向长度为B的圆环状试样，所述试样一侧的上下端面上开设有上下对称的且底面平行的两个凹槽，该凹槽沿着所述试样的圆环延伸；所述凹槽的底面长度为L，并且两个凹槽底面之间的距离为b；所述试样的另一侧开设有同样的上下对称的两个凹槽，并且所述试样同一端面上开设的两个凹槽的中心连线与所述试样的轴线垂直相交，即试样同一端面上开设的两凹槽关于圆环的圆心对称设置。

拉伸试样的具体尺寸可根据竹复合压力管的公称直径灵活调整(例如，可按表1所述的拉伸试样尺寸制样)。

表1拉伸试样尺寸单位为毫米(mm)

公称直径DN	凹槽长度L	试样长度B	距离b
				150≤DN≤600	40-50	30	10
600＜DN≤1000	50-60	40	12
				DN＞1000	60-70	45	12

更具体的，如图1(b)所示，凹槽的上下两边与试样的圆环端面通过倒角过渡连接，该倒角优选为45°。

(2)拉伸测试：将所述试样通过夹具夹持后安装于拉力试验机上，安装时保证试样同一端面上开设的两个凹槽的中心连线垂直于加载方向，然后以2～5mm/min的加载速度均匀、连续的对所述试样进行加载，直到所述试样破坏，记录试样破坏时所对应的破坏载荷F，采用式(1)分别计算每个试样的初始环向拉伸强力：

$F_{th}=\frac{F}{b}---\left(1\right)$

式中：F_th—初始环向拉伸强力，单位为kN/m；

F—破坏载荷，单位为N；

b—试样两个凹槽底面之间的距离，单位为mm；

计算上述多个试样初始环向拉伸强力的算术平均值，获得竹复合压力管的初始环向拉伸强力，所述试样不少于5个。

本实施例以公称直径DN300mm、压力等级0.4MPa以及公称直径DN600mm、压力等级分别为0.8MPa和0.4MPa的竹复合压力管为例，采用本发明的初始环向拉伸强力的方法进行拉伸，实现竹复合压力管初始环向拉伸强力的检测，具体测试结果参见表2和表3。

表2DN300mm竹复合压力管的初始环向拉伸强力测试结果

表3DN600mm竹复合压力管的初始环向拉伸强力测试结果

竹复合压力管的初始环向拉伸强力F_th不得小于式(2)计算值：

${F_{th}}^{\′}=\frac{C_1\·PN\·DN}{2}---\left(2\right)$

式中：

F_th′—管的初始环向拉伸强力，单位为千牛每米(kN/m)；

C₁—系数，见表4；

PN—压力等级，单位为兆帕(MPa)；

DN—公称直径，单位为毫米(mm)。

表4系数C₁

当无长期静水压设计压力基准试验(HDP)结果时，初始环向拉伸强力F_th应不小于表5的规定值。

表5初始环向拉伸强力最小值F_th′单位为千牛/米

经表2和表3中的测试结果与表5中数值的对比，上述三种竹复合压力管的环向拉伸强力均不小于其初始环向拉伸强力最小值，因此上述实施例中的竹复合压力管检测结果合格。

此外，本发明还设计了一套专用夹具，其用于夹持对竹复合压力管执行环向拉伸强力测试的试样，如图2(a)和(b)所示，其用于夹持本发明中的测试试样以进行环向拉伸强力试验，该专用夹具包括两个上下对称设置且形状相同的上夹体和下夹体，上夹体包括上拉杆2和上拉模具3，其中，上拉杆2的底端为U型叉结构，上拉模具3为半圆型板状结构，半圆型板状结构的顶端与U型叉结构通过螺钉4固定连接，上拉杆2的U型叉结构连接于上拉模具3的中轴线上；下夹体包括下拉杆2′和下拉模具3′，其中，下拉杆2′的顶端为U型叉结构，下拉模具3′为半圆型板状结构，半圆型板状结构的底端与U型叉结构通过螺钉4固定连接，下拉杆2′的U型叉结构连接于下拉模具3′的中轴线上，半圆型板状结构的上拉模具3和下拉模具3′均具有一圆弧边和直线边；上拉模具3和下拉模具3′的直线边相对，且互相平行；上拉模具3和下拉模具3′通过连接板5相连，该连接板5与上拉模具3和下拉模具3′滑动连接，上拉模具3和下拉模具3′上开设有用于安装连接板5滑动凹槽6，滑动凹槽6与半圆型板状结构的直线边垂直，连接板5通过螺栓7与上拉模具3和下拉模具3′滑动连接。

利用本发明设计的专用夹具夹持试样进行环向拉伸强力试验之前，首先，将半圆型板状结构的上拉模具3和下拉模具3′套装在圆环形结构试样内部，其中上拉模具3和下拉模具3′的形状与圆环状试样的形状相适应，然后将上拉杆2和下拉杆2′的U型叉结构套装在圆环形结构试样的外部，最后将上拉杆2的U型叉结构通过螺钉4与上拉模具3固定，将下拉杆2′的U型叉结构通过螺钉4与下拉模具3′固定，由此使得试样1位于上拉杆2的U型叉结构与上拉模具3之间，以及下拉杆2′的U型叉结构与下拉模具3′之间，安装时，需保证上拉模具3和下拉模具3′的直线边与圆环状试样两侧同一端面上开设的两个凹槽的中心连线平行，然后将上拉杆2与下拉杆2′安装在拉力试验机上，通过控制上拉模具3的上拉，下拉模具3′的下拉即可实现竹复合压力管的环向拉伸强力的测试。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)制备试样：沿着待测试的竹复合压力管的径向切割出多个轴向长度为B的圆环状试样，所述试样一侧的上下端面上开设有上下对称的且底面平行的两个凹槽，该凹槽沿着所述试样的圆环延伸；所述凹槽的底面长度为L，并且两个凹槽底面之间的距离为b；所述试样的另一侧开设有同样的上下对称的两个凹槽，并且所述试样同一端面上开设的两个凹槽关于所述试样的圆心对称；

(2)拉伸测试：将所述试样通过夹具夹持后安装于拉力试验机上，保证安装后，所述试样同一端面上开设的两个凹槽的中心连线垂直于加载方向，然后以2～5mm/min的加载速度均匀、连续的对所述试样进行加载，直到所述试样破坏，记录试样破坏时所对应的破坏载荷F，则该试样的初始环向拉伸强力F_th为：

$F_{th}=\frac{F}{b};$

其中：F_th—初始环向拉伸强力；

F—破坏载荷；

b—试样两个凹槽底面之间的距离；

计算上述多个试样初始环向拉伸强力的算术平均值，获得该待测竹复合压力管的初始环向拉伸强力。

2.如权利要求1所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述待测竹复合压力管的初始环向拉伸强力需不小于设定的初始环向拉伸强力最小值F_th′，该设定的初始环向拉伸强力最小值F_th′与所述待测竹复合压力管的公称直径和压力等级相关。

3.如权利要求2所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述凹槽与所述试样的圆环端面通过倒角过渡连接，所述倒角为45°。

4.如权利要求1-3任一项所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述试样的个数不少于5个。

5.如权利要求4所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述夹具包括两个上下对称设置且形状相同的上夹体和下夹体，其中：

该上夹体包括上拉杆(2)和上拉模具(3)，所述上拉杆(2)的底端为U型叉结构，所述上拉模具(3)为半圆型板状结构，所述上拉模具(3)与所述上拉杆(2)的U型叉结构固定连接，所述上拉杆(2)的U型叉结构连接于所述上拉模具(3)的中轴线上；

该下夹体包括下拉杆(2′)和下拉模具(3′)，所述下拉杆(2′)的顶端为U型叉结构，所述下拉模具(3′)为半圆型板状结构，所述下拉模具(3′)与所述下拉杆(2′)的U型叉结构固定连接，所述下拉杆(2′)的U型叉结构连接于所述下拉模具(3′)的中轴线上；

所述半圆型板状结构的上拉模具(3)和下拉模具(3′)套装在所述试样的内部，并且所述上拉模具(3)和下拉模具(3′)的形状与所述试样的形状相适应；所述上拉杆(2)和下拉杆(2′)的U型叉结构套装在所述试样的外部。

6.如权利要求5所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述上拉模具(3)和下拉模具(3′)通过连接板(5)相连，该连接板(5)与所述上拉模具(3)和下拉模具(3′)滑动连接。

7.如权利要求6所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述上拉模具(3)和下拉模具(3′)上开设有用于安装所述连接板(5)的滑动凹槽(6)，所述半圆型板状结构的上拉模具(3)和下拉模具(3′)具有一圆弧边和一直线边，所述滑动凹槽(6)与所述半圆型板状结构的直线边垂直。

8.如权利要求7所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述上拉模具(3)通过螺钉与所述上拉杆(2)的U型叉结构固定连接；所述下拉模具(3′)通过螺钉与所述下拉杆(2′)的U型叉结构固定连接。

9.如权利要求8所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述半圆型板状结构的上拉模具(3)和下拉模具(3′)的直线边相对，且互相平行。

10.如权利要求9所述的用于检测竹复合压力管初始环向拉伸强力的方法，其特征在于，所述上拉模具(3)和下拉模具(3′)的直线边与所述试样两侧同一端面上开设的两个凹槽的中心连线平行。