CN105181454B - 一种用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，包括以下步骤：(1)制备试样：沿着待测竹复合压力管的轴向切割出宽度为B且长度为L的矩形试样，所述矩形的长度方向平行于所述待测竹复合压力管的轴向方向；(2)拉伸测试：将试样通过夹具夹持后安装于拉力试验机上，然后均匀连续的对所述试样进行加载，直到所述试样破坏；通过记录试样破坏时所对应的破坏载荷F，得出该试样的初始轴向拉伸强力Ftl。通过本发明得到的Ftl能够直接反应竹复合压力管的轴向拉伸性能，能够达到简化轴向拉伸性能判定过程的技术效果，所得出的结论准确性高，能全面的反应竹复合压力管的轴向拉伸性能。
Description
技术领域
本发明属于竹复合压力管技术领域，更具体地，涉及一种用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法。
背景技术
竹材料是可再生的绿色环保材料，近年来随着竹复合压力管相关技术的日益成熟(例如，中国专利文献CN101571213A、CN202327397U)，竹复合管作为一种能够承受一定压力的管道，在给排水工程、农田灌溉、石油化工防腐等场合中能够普遍替代聚氯乙烯管、聚乙烯管、玻璃钢管、水泥类管、螺旋焊管、球墨铸铁管等传统管道，具有良好的应用前景。
竹复合压力管下线成品后，对于不同场合下使用的管道，需要对使用管道的可承受应力大小进行测定，即需要对管道的拉伸强力进行测试，以此来确定竹复合压力管在应力作用下的力学性能及抗拉强度是否符合产品质量及使用要求。
拉伸特性，尤其是初始轴向拉伸特性，是竹复合压力管性能的重要指标。现有技术中已有关于拉伸性能的各种实验方法(例如，中国国家标准GB/T 1447《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》)，但由于竹复合压力管是以竹材为基体材料，以热固性树脂为胶粘剂，采用缠绕工艺制成的管道，具体竹缠绕工艺的不同(如竹缠绕方向等)会导致最终的竹复合压力管存在较大的各向异性差别，直接应用现有的拉伸强度实验方法得出的结论并不能全面反应竹复合压力管的轴向拉伸性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，其中通过对其关键的试样形状、检测步骤、以及评价标准等进行改进，与现有技术相比能够有效解决竹复合压力管轴向拉伸性能的检测问题，并且检测得出的初始轴向拉伸强力数据能够直接反应竹复合压力管的轴向拉伸性能，能够达到简化轴向拉伸性能判定过程的技术效果，所得出的结论准确性高，能全面的反应竹复合压力管的轴向拉伸性能。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备试样：沿着待测竹复合压力管的轴向切割出宽度为B且长度为L的矩形试样，所述矩形的长度方向平行于所述待测竹复合压力管的轴向方向；并且，在该矩形试样的两个长度为L的边上均开设有凹槽，这两个凹槽的底面相互平行，均与所述待测竹复合压力管的轴向方向平行；所述两个凹槽底面的长度均为L2，并且这两个凹槽底面之间的距离为b；此外，所述试样关于所述矩形的长度方向和宽度方向轴对称；
(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，然后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，则该试样的初始轴向拉伸强力Ftl满足：
其中，F为所述破坏载荷，b为所述步骤(1)中所述试样两个凹槽底面之间的距离；
该初始轴向拉伸强力Ftl即为所述待测竹复合压力管的初始轴向拉伸强力。
作为本发明的进一步优选，所述待测竹复合压力管的初始轴向拉伸强力Ftl还需要不小于设定的初始轴向拉伸强力最小值Ftl min，该设定的初始轴向拉伸强力最小值Ftl min与所述待测竹复合压力管的公称直径和压力等级相关。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)和步骤(2)中的试样均为多个，所述初始轴向拉伸强力为每个试样对应的初始轴向拉伸强力的平均值。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(1)和步骤(2)中的试样均不少于5个。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中对所述试样进行加载是以5mm/min的加载速度进行的。
作为本发明的进一步优选，所述两个凹槽均具有上侧面和下侧面，所述上侧面和所述下侧面与所述凹槽底面所在平面之间的夹角均为45°；所述上侧面和所述下侧面沿所述试样的矩形长度方向分布。
作为本发明的进一步优选，所述步骤(2)中的夹具包括两个上下对称设置且结构相同的上夹体和下夹体，其中：
该上夹体包括一体成型的上拉杆和上拉模具，其中，所述上拉模具用于夹持所述试样两个凹槽的上侧面，其为U型叉结构，该U型叉结构的两个叉部的内侧设置有斜面，所述斜面的倾斜角度与该上侧面和所述试样凹槽底面所在平面之间的夹角相同；
该下夹体包括一体成型的下拉杆和下拉模具，其中，所述下拉模具用于夹持所述试样两个凹槽的下侧面，其为U型叉结构，该U型叉结构的两个叉部的内侧设置有斜面，所述斜面的倾斜角度与该下侧面和所述试样凹槽底面所在平面之间的夹角相同。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于是以竹复合压力管为检测对象，能够取得以下有益效果：
1.本发明采用取自竹复合压力管的特殊形状的试样，能够对不同类型的竹复合压力管进行检测，得出的初始轴向拉伸强力结论能够较为直接的反应该竹复合压力管的轴向力学特性，可参考程度高。优选的，本发明在充分考虑竹复合压力管各向异性条件的基础上，预先设定初始轴向拉伸强力最小值Ftl min，通过将实际测量得出的待测竹复合压力管的初始轴向拉伸强力Ftl与之比较，能够快速、高效的得出该待测竹复合压力管初始轴向拉伸特性是否合格的结论。区别于由于实验试样的形状差别(如厚度参数不同等)导致实验得出的数据不能全面体现竹复合压力管的轴向拉伸特性，本发明结合竹复合压力的整体形状及性能指标(如公称直径、压力等级)，得出了相应竹复合压力管的轴向拉伸强力的最小值，并通过将该最小值与实验得出的轴向拉伸强力数据进行比较，得出该竹复合压力管轴向拉伸性能是否符合要求的结论，能够大大简化实验检测步骤；结论的准确性高，且简单易操作。
2.本发明中的检测方法能够最大限度的利用现有检测工具，在确保准确性的基础上，能够大大降低检测成本。考虑到竹复合压力管的各向异性，直接采用一段圆环状的竹复合压力管作为轴向拉伸强力实验的样品得出的检测结果能够准确反应该竹复合压力管的轴向拉伸特性，但由于圆环状的样品不同于已有的方法(例如，中国国家标准GB/T 1447)，实验工具(如夹具、试验机等)均要单独设计，成本高、且不利于推广。本发明采用与现有材料拉伸性能试验方法相近的方法，通过对竹复合压力管截取试样，检测试样的拉伸性能，从而得出整个竹复合压力管的轴向拉伸特性。由于试样的形状与常规纤维增强塑料相关试样的形状相近，实验设备只需要在现有产品的基础上稍加调整即可用于竹复合压力管产品的相关测试，能够有效控制检测成本。
3.本发明优选使用与试样形状相对应的夹具，使拉力试验机的加载作用能够均匀连续的施加在试样上，减小了实验过程中的误差，检测结论的准确性高。
附图说明
图1是竹复合压力管为检测其初始轴向拉伸强力的试样示意图；
图2是用于执行轴向拉伸强力测试的夹具及其与试样组装后的效果示意图。
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。
实施例
首先制取试样。沿着待测竹复合压力管的轴向切割出宽度为B且长度为L的矩形试样，所述矩形的长度方向平行于所述待测竹复合压力管的轴向方向；并且，在该矩形试样的两个长度为L的边上均开设有凹槽，这两个凹槽的底面相互平行，均与所述待测竹复合压力管的轴向方向平行；所述两个凹槽底面的长度均为L2，并且这两个凹槽底面之间的距离为b；此外，所述试样关于所述矩形的长度方向和宽度方向轴对称。
最终试样的形状及尺寸如图1所示；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)。如图1所示，所述两个凹槽均具有上侧面和下侧面，所述上侧面和所述下侧面与所述凹槽底面所在平面之间的夹角均为45°，所述上侧面和所述下侧面沿所述试样的矩形长度方向分布。
表1 拉伸试样尺寸(单位：mm)
试样制备完成后，即进行拉伸测试。将试样通过夹具夹持后安装于拉力试验机上，组合后的试样及夹具如图2所示。该夹具包括两个上下对称设置且结构相同的上夹体和下夹体，其中，上夹体包括一体成型的上拉杆和上拉模具(所述上拉模具用于夹持所述试样两个凹槽的上侧面，其为U型叉结构，该U型叉结构的两个叉部的内侧设置有斜面，所述斜面的倾斜角度与该上侧面和所述试样凹槽底面所在平面之间的夹角相同)，下夹体包括一体成型的下拉杆和下拉模具(所述下拉模具用于夹持所述试样两个凹槽的下侧面，其为U型叉结构，该U型叉结构的两个叉部的内侧设置有斜面，所述斜面的倾斜角度与该下侧面和所述试样凹槽底面所在平面之间的夹角相同)。
接着，以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，则该试样的初始轴向拉伸强力Ftl满足：
其中，F为所述破坏载荷，b为对应的试样的两个凹槽底面之间的距离；该初始轴向拉伸强力Ftl即为所述待测竹复合压力管的初始轴向拉伸强力。
实施例1－4的公称直径以及实测的初始轴向拉伸强力值如表2所示。实施例1－4每一实施例所采用的试样均不少于5件，每一实施例中的各个试样的尺寸参数可以完全相同，也可以不同，只要各个试样满足表1即可。
表2 实施例1－4对应的测试和计算数据
为确保竹复合压力管的实际参数符合产品性能要求，管壁初始轴向拉伸强力Ftl需满足下式，
其中，Ftl——管的初始轴向拉伸强力，单位为千牛每米(kN/m)；
C1——系数，可见表3；
PN——压力等级，单位为兆帕(MPa)；
DN——公称直径，单位为毫米(mm)；
表3 系数C1
预先设定的轴向拉伸强度最小值Ftl min与竹复合压力管的公称直径和压力等级相关，例如，可按表4所示设定轴向拉伸强度最小值Ftl min。该表是在综合考虑了竹复合压力管的整体形状及性能指标(如公称直径、压力等级)的前提下，为确保竹复合压力管正常安全使用而提出的，因此，只要依据本发明检测方法得出待测竹复合压力管的初始轴向拉伸强力Ftl满足最小值要求(即满足Ftl≥Ftl min)该竹复合压力管的初始轴向拉伸强度即合格，从而大大简化竹复合压力管初始轴向拉伸强力是否合格的判定过程。
表4 初始轴向拉伸强力最小值Ftl min(单位：千牛/米)
采用设定的初始轴向拉伸强力最小值Ftl min，并将该最小值与实际测量得到的竹复合压力管的初始轴向拉伸强力Ftl比较，可以准确、高效的判定该竹复合压力管的初始轴向拉伸强力是否合格。
经对比，实施例1-4每一实施例的竹复合压力管最终得出的初始轴向拉伸强力均不小于表4中的该公称直径和压力等级对应的初始轴向拉伸强力最小值，所以上述实施例的竹复合压力管检测结果合格。
上述实施例中未详细说明的地方均为现有技术，可以参见例如GB/T1447。上述实施例中，对试样进行拉伸测试时，均是以5mm/min的加载速度均匀、连续的对所述试样进行加载，当然，也可以选择大小或小于5mm/min的加载速度进行测试，一般加载速度越小测试的精度越高。
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 (5)
1.一种用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备试样：沿着待测竹复合压力管的轴向切割出面形状为矩形的试样，矩形的宽度为B且长度为L，所述矩形的长度方向平行于所述待测竹复合压力管的轴向方向；并且，在该试样的两个长度为L的边上均开设有凹槽，这两个凹槽的底面相互平行，均与所述待测竹复合压力管的轴向方向平行；所述两个凹槽底面的长度均为L2，并且这两个凹槽底面之间的距离为b；此外，所述试样关于所述矩形的长度方向和宽度方向轴对称；
(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，然后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，则该试样的初始轴向拉伸强力Ftl满足：
其中，F为所述破坏载荷，b为所述步骤(1)中所述试样两个凹槽底面之间的距离；
该初始轴向拉伸强力Ftl即为所述待测竹复合压力管的初始轴向拉伸强力；
所述待测竹复合压力管是以竹材为基体材料，以热固性树脂为胶粘剂，采用缠绕工艺制成的管道；
所述步骤(1)和步骤(2)中的试样均为多个，所述初始轴向拉伸强力为每个试样对应的初始轴向拉伸强力的平均值；
所述步骤(2)中的夹具包括两个上下对称设置且结构相同的上夹体和下夹体，其中：
该上夹体包括一体成型的上拉杆和上拉模具，其中，所述上拉模具用于夹持所述试样两个凹槽的上侧面，其为U型叉结构，该U型叉结构的两个叉部的内侧设置有斜面，所述斜面的倾斜角度与该上侧面和所述试样凹槽底面所在平面之间的夹角相同；
该下夹体包括一体成型的下拉杆和下拉模具，其中，所述下拉模具用于夹持所述试样两个凹槽的下侧面，其为U型叉结构，该U型叉结构的两个叉部的内侧设置有斜面，所述斜面的倾斜角度与该下侧面和所述试样凹槽底面所在平面之间的夹角相同。
2.如权利要求1所述用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，其特征在于，所述待测竹复合压力管的初始轴向拉伸强力Ftl还需要不小于设定的初始轴向拉伸强力最小值Ftl min，该设定的初始轴向拉伸强力最小值Ftl min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1所述用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，其特征在于，所述步骤(1)和步骤(2)中的试样均不少于5个。
4.如权利要求1所述用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，其特征在于，所述步骤(2)中对所述试样进行加载是以5mm/min的加载速度进行的。
5.如权利要求1所述用于检测竹复合压力管初始轴向拉伸强力的方法，其特征在于，所述两个凹槽均具有上侧面和下侧面，所述上侧面和所述下侧面与所述凹槽底面所在平面之间的夹角均为45°；所述上侧面和所述下侧面沿所述试样的矩形长度方向分布。
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