CN105300802A - 一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置及方法，它涉及一种薄壁管应力应变信息的测量装置及方法，以解决现有的装置和方法不能实现薄壁管在双向应力状态条件下应力路径精确可控和应变信息精确测量，无法获得薄壁管双向应力状态时精确的应力应变信息的问题，它包括底座、应变片、活动横梁、泵站、油压增压器、力传感器、压力传感器、控制系统、两个上夹头、两个下夹头、两个丝杠副和两个电机；底座上并列安装有两个电机，每个电机的输出端固装有一个丝杠副，测量方法主要步骤：步骤一、选择薄壁管；步骤二、薄壁管两端固定密封；步骤三、启动双向应力应变实验；步骤四、检测应力应变信息；步骤五、薄壁管破裂，保存实验数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄壁管应力应变信息的测量装置及方法，具体涉及一种薄壁管双向应力状态时应力应变信息的测量装置及方法。
背景技术
随着有限元技术和计算机技术日益成熟，材料塑性成形过程的有限元模拟已经成为评估板材和管材成形性能和模具工艺设计方案优劣的有效工具。伴随着我国汽车和航空宇航制造业的快速发展，在对形状复杂的零件需求日趋旺盛的同时，其对产品的品质要求也越来越高，因此，对有限元分析技术预测成形过程的准确性的要求随之提高。为尽可能获得接近实际成形过程的模拟结果，需要获得材料变形时多种应力状态条件下的应力应变信息。
采用单向拉伸试验可以测得材料的应力应变信息用于评价材料的综合性能和用于有限元软件模拟。而实际上板材和管材料在变形时经历了复杂的变形过程，通过单向拉伸试验获得的应力应变信息不足以准确描述板材和管材的变形行为和特点，因此需要获得双向应力状态下的应力应变信息从而更好地对材料的综合性能进行评价及运用有限元软件更精确地模拟实际成形过程。对于板材可以采用板材液压胀形、十字拉伸法等试验获得双向应力状态下材料的应力应变信息。而对于薄壁管材可以通过向管材内部充入一定压力的压力介质并在管材端部施加轴向拉力或轴向压力以实现管材在双向应力状态下变形。但是现有的试验装置和方法施加在管材端部的压力或拉力是通过液压缸产生的，实验过程中轴向作用力响应较慢，不能实现应力路径精确可控，且应变测量采用的是应变片或球径仪等，不能测量变形量大的情况或不能精确测量应变值。
为了获得薄壁管材变形过程中的精确应力应变信息，需要建立一种薄壁管材双向应力状态时应力应变信息的测量装置及方法。
发明内容
本发明是为解决现有的装置和方法不能实现薄壁管在双向应力状态条件下应力路径精确可控和应变信息精确测量，无法获得薄壁管双向应力状态时精确的应力应变信息的问题，进而提出一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置及方法。
本发明为了解决上述问题所采取的技术方案是：
本发明的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，它包括底座、应变片、活动横梁、泵站、油压增压器、力传感器、压力传感器、控制系统、两个上夹头、两个下夹头、两个丝杠副和两个电机；
底座上并列安装有两个电机，两个电机的轴向竖向设置，每个电机的输出端固装有一个丝杠副，活动横梁水平穿设在两个丝杠副上并与两个丝杠副的丝母固接，力传感器安装在活动横梁的下表面上，力传感器通过连接杆与两个上夹头连接，底座通过连接杆与两个下夹头连接，两个上夹头和两个下夹头分别用于夹装薄壁管的两端；
薄壁管外壁中间位置沿轴向和环向分别贴装有应变片，泵站的出口通过电液伺服阀与油压增压器连通，油压增压器通过管路与薄壁管的下端连通，油压增压器的出口安装有用于检测薄壁管内部介质压力的压力传感器；应变片的应变信号输出端与控制系统的应变信号输入端连接，压力传感器的压力信号输出端与控制系统的压力信号输入端连接，控制系统用于控制电机的启停及电液伺服阀的开度。
一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，它包括底座、应变片、活动横梁、泵站、油压增压器、力传感器、压力传感器、控制系统、活动台架、固定台架、两个丝杠副和两个电机；
底座上并列安装有两个电机，两个电机的轴向竖向设置，每个电机的输出端固装有一个丝杠副，活动横梁水平穿设在两个丝杠副上并与两个丝杠副的丝母固接，活动台架包括活动上平板、活动下平板和两个活动拉杆；固定台架包括固定上平板、固定下平板和两个固定拉杆；活动上平板、固定上平板、活动下平板和固定下平板由上至下依次设置，活动上平板和活动下平板通过竖向滑动安装在固定上平板上的两个活动拉杆连接，固定上平板和固定下平板通过两个固定拉杆连接；底座通过连接杆与固定下平板连接，力传感器安装在活动横梁的下表面上，活动上平板通过连接杆与力传感器连接，固定下平板下表面和活动下平板上表面之间用于安装薄壁管；
薄壁管外壁中间位置沿轴向和环向分别贴装有应变片，泵站的出口通过电液伺服阀与油压增压器连通，油压增压器通过管路与薄壁管的下端连通，油压增压器的出口安装有用于检测薄壁管内部介质压力的压力传感器；应变片的应变信号输出端与控制系统的应变信号输入端连接，压力传感器的压力信号输出端与控制系统的压力信号输入端连接，控制系统用于控制电机的启停及电液伺服阀的开度。
一种薄壁管双向应力状态应力应变测量方法是按照以下步骤进行的：
步骤一、选取加工好的薄壁管；
步骤二、将薄壁管两端分别与两个上夹头及两个下夹头连接或活动上平板及固定下平板相连接，对薄壁管两端进行密封；
步骤三、控制系统控制电机工作，电机与丝杆传动连接，电机带动丝杆转动，丝杆转动带动活动横梁远离底座的方向运动，使得薄壁管受到轴向拉力或压力作用；
泵站驱动增压器动作，控制系统控制伺服阀实现泵站的输出液压油的压力和体积变化来控制增压器输出压力介质的压力，从而实现向薄壁管内部充入给定值的压力介质；
步骤四、力传感器收集薄壁管所受到的轴向拉力或轴向压力信息，压力传感器收集薄壁管内部压力介质的压力信息，薄壁管外壁中间位置沿轴向和环向贴装有应变片，应变片收集薄壁管的应变信息；上述信息传入到控制系统进过分析处理得到薄壁管轴线方向和薄壁管环向的应力应变信息，通过与设定的应力值比较，如果轴向应力值大于设定的应力值则控制系统控制电机停止转动，同时通过控制增压器向薄壁管内部补充一定的压力介质，如果薄壁管环向应力值大于设定的应力值则控制系统控制电液伺服阀实现增压器停止向薄壁管内部补充压力介质，同时控制电机转动使得活动横梁向远离底座方向运动，从而增加薄壁管的轴向压力或轴向拉力，使得薄壁管的受力状态按预先设定的线路进行；
步骤五、直至薄壁管发生破裂，保存实验数据，拆下实验用薄壁管。
本发明的有益效果是：
一、本发明所述的装置的控制系统可以控制伺服电机带动滚珠丝杆运动从而让活动横梁运动，机械传动结构可以实现对管材端部施加作用力的快速响应，通过精密电液伺服阀及增压器可以控制管材内部压力介质的压力，并采用高精度的力传感器、高精度的压力传感器可以实现快速反馈以实现管材应力应变按照预先设定的值进行变形，即管材的应力应变可以精确地控制，压力传感器精度：0.125％FS，量程0-40Mpa；力传感器精度：0.01％FS，量程0-200KN。
二、本发明所述的装置采用应变片可以精确测量小变形时的应变信息，采用散斑测量系统可以精确的测量出管材变形时的变形区全场应变信息和管材的几何信息，所得管材几何信息直接用于计算应力管材应力信息，不需要通过应变信息转换出管材几何信息；此外，将应变片测量和散斑测量系统相结合可以实现管材变形过程中全程应变的精确测量，应变测量范围更大，散斑测量系统：测量范围小于等于1000％，精度小于35微应变。
三、本发明采用一个机械装置将活动横梁通过上夹头的拉力转换成对管材施加轴向的压力作用，从而实现不改变原有的控制方式的情况下扩大管材的应力变化范围，结构简单容易实施，使用方便。
附图说明
图1为本发明方案一的薄壁管双向应力状态应力应变测量装置的结构示意图，图2为本发明方案二的薄壁管双向应力应变状态应力应变测量装置的结构示意图，图3为方案一采用散斑应变测量的应力应变测量装置的结构示意图，图4为方案一采用散斑应变测量和应变片相结合的应力应变测量装置的结构示意图，图5为方案二采用散斑应变测量的应力应变测量装置的示意图，图6为方案二采用散斑应变测量和应变片相结合的应力应变测量装置的结构示意图，图7为含有芯棒的薄壁管夹持密封的示意图，图8为采用约束环和锥面拉杆的薄壁管夹持密封的示意图，图9为增压器工作示意图；
其中1为底座，2为伺服电机，3为连接杆，4为下夹头，5为薄壁管，6为应变片，7为上夹头，8为活动横梁，9为丝杆，10为力传感器，11为压力介质管路，12为控制系统，13为压力传感器，14为增压器，15为泵站，16为活动台架，16-1为活动上平板，16-2为活动拉杆，16-3为活动下平板，17为固定台架，17-1为固定上平板，17-2为固定拉杆，17-3为固定下平板，19为散斑应变测量分析系统，20为CCD相机，21为O型密封圈，22芯棒，23为螺母，24为带锥面拉杆，25为约束环，26为弹性圈，27为电液伺服阀，28为压力介质。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图3-图4说明，本实施方式的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，它包括底座1、应变片6、活动横梁8、泵站15、油压增压器14、力传感器10、压力传感器13、控制系统12、两个上夹头7、两个下夹头4、两个丝杠副9和两个电机2；
底座1上并列安装有两个电机2，两个电机2的轴向竖向设置，每个电机2的输出端固装有一个丝杠副9，活动横梁8水平穿设在两个丝杠副9上并与两个丝杠副9的丝母固接，力传感器10安装在活动横梁8的下表面上，力传感器10通过连接杆3与两个上夹头7连接，底座1通过连接杆3与两个下夹头4连接，两个上夹头7和两个下夹头4分别用于夹装薄壁管5的两端；
薄壁管5外壁中间位置沿轴向和环向分别贴装有应变片6，泵站15的出口通过电液伺服阀27与油压增压器14连通，油压增压器14通过管路与薄壁管5的下端连通，油压增压器14的出口安装有用于检测薄壁管5内部介质压力的压力传感器13；应变片6的应变信号输出端与控制系统12的应变信号输入端连接，压力传感器13的压力信号输出端与控制系统12的压力信号输入端连接，控制系统12用于控制电机2的启停及电液伺服阀27的开度。
本实施方式的丝杠为滚珠丝杠。控制系统可采用现有技术。本实施方式的有益效果是：本实施方式装置通过高精度的力传感器10、高精度的压力传感器13和应变片6可以精确的测量出管材5的轴向和环向的应力应变信息；所述的装置可以通过控制系统分别控制电机2带动丝杆9运动从而让活动横梁8运动及精确控制薄壁管5内部压力介质28的压力实现薄壁管5应力应变按照预先设定的值进行变形，即薄壁管5的应力路径可以精确地控制。油压增压器14通过压力介质管路11与薄壁管5的下端连通。
具体实施方式二：结合图3和图4说明，本实施方式的电机2为伺服电机，薄壁管双向应力状态应力应变测量装置还包括散斑应变测量系统19，薄壁管5的外壁中间区域喷涂上散斑应变测量系统所需要的斑点；散斑应变测量系统19安装在底座1，散斑应变测量系统19的CCD相机用于采集薄壁管5的应变信息，散斑应变测量系统19的应变信号输出端与控制系统12的应变信号输入端连接。如此设置，应变测量采用散斑应变测量系统19和应变片6相结合的测量方式进行测量，在变形很小时采用应变片6测量，且采用散斑应变测量系统19测量薄壁管几何特征，变形较大时切换到采用散斑应变测量系统19进行测量。散斑应变测量系统测量为非接触式测量，采用散斑应变测量系统19测量结果精度高、可靠性好，可以测量较大应变的变形过程，可以直接测量出薄壁管5变形时的几何信息，不需要通过应变值及近似模型计算，简化运算复杂程度，提高测量精度。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2、图5-图6说明，本实施方式的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，它包括底座1、应变片6、活动横梁8、泵站15、油压增压器14、力传感器10、压力传感器13、控制系统12、活动台架16、固定台架17、两个丝杠副9和两个电机2；
底座1上并列安装有两个电机2，两个电机2的轴向竖向设置，每个电机2的输出端固装有一个丝杠副9，活动横梁8水平穿设在两个丝杠副9上并与两个丝杠副9的丝母固接，活动台架16包括活动上平板16-1、活动下平板16-3和两个活动拉杆16-2；固定台架17包括固定上平板17-1、固定下平板17-3和两个固定拉杆17-2；活动上平板16-1、固定上平板17-1、活动下平板16-3和固定下平板17-3由上至下依次设置，活动上平板16-1和活动下平板16-3通过竖向滑动安装在固定上平板17-1上的两个活动拉杆16-2连接，固定上平板17-1和固定下平板17-3通过两个固定拉杆17-2连接；底座1通过连接杆3与固定下平板17-3连接，力传感器10安装在活动横梁8的下表面上，活动上平板16-1通过连接杆3与力传感器10连接，固定下平板17-3下表面和活动下平板16-3上表面之间用于安装薄壁管5；
薄壁管5外壁中间位置沿轴向和环向分别贴装有应变片6，泵站15的出口通过电液伺服阀27与油压增压器14连通，油压增压器14通过管路与薄壁管5的下端连通，油压增压器14的出口安装有用于检测薄壁管5内部介质压力的压力传感器13；
应变片6的应变信号输出端与控制系统12的应变信号输入端连接，压力传感器13的压力信号输出端与控制系统12的压力信号输入端连接，控制系统12用于控制电机2的启停及电液伺服阀27的开度。
本实施方式的丝杠为滚珠丝杠，本实施方式的控制系统可采用现有技术的控制系统，本实施方式的有益效果是：采用一个丝杠螺母副将活动横梁8通过对连接杆3的拉力及固定上平板17-1、活动下平板16-3和活动拉杆16-2的共同作用力转换成对薄壁管5施加轴向的压力作用，从而实现不改变原有的控制方式的情况下扩大薄壁管5的应力变化范围，结构简单容易实施，使用方便。油压增压器14通过压力介质管路11与薄壁管5的下端连通。
具体实施方式四：结合图2、图5-图6说明，本实施方式的电机2为伺服电机。如此设置，位置精度高，出力大，响应快，速度高，满足设计要求。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图5和图6说明，本实施方式的薄壁管双向应力状态应力应变测量装置还包括散斑应变测量系统19，薄壁管5的外壁轴向中间区域喷涂上散斑应变测量系统所需要的斑点；散斑应变测量系统19安装在底座1，散斑应变测量系统19的CCD相机用于采集薄壁管5的应变信息，散斑应变测量系统19的应变信号输出端与控制系统12的应变信号输入端连接。如此设置，应变测量采用散斑应变测量系统19和应变片6相结合的测量方式进行测量，在变形很小时采用应变片6测量，且采用散斑应变测量系统19测量薄壁管几何特征，变形较大时切换到采用散斑应变测量系统19进行测量。散斑应变测量系统测量为非接触式测量，采用散斑应变测量系统19测量结果精度高、可靠性好，可以测量较大应变的变形过程，可以直接测量出薄壁管5变形时的几何信息，不需要通过应变值及近似模型计算，简化运算复杂程度，提高测量精度。其它与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：结合图1-图9说明，本实施方式的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量方法，该测量方法是按照以下步骤进行的：
步骤一、选取加工好的薄壁管5；
步骤二、将薄壁管5两端分别与两个上夹头7及两个下夹头4连接或活动上平板16-3及固定下平板17-3相连接，对薄壁管5两端进行密封；
步骤三、控制系统12控制电机2工作，电机2与丝杆9传动连接，电机2带动丝杆9转动，丝杆9转动带动活动横梁8远离底座1的方向运动，使得薄壁管5受到轴向拉力或压力作用；
泵站15驱动增压器14动作，控制系统12控制伺服阀27实现泵站15的输出液压油的压力和体积变化来控制增压器14输出压力介质28的压力，从而实现向薄壁管5内部充入给定值的压力介质28；
步骤四、力传感器10收集薄壁管5所受到的轴向拉力或轴向压力信息，压力传感器13收集薄壁管5内部压力介质28的压力信息，薄壁管5外壁中间位置沿轴向和环向贴装有应变片6，应变片6收集薄壁管5的应变信息；上述信息传入到控制系统12进过分析处理得到薄壁管5轴线方向和薄壁管5环向的应力应变信息，通过与设定的应力值比较，如果轴向应力值大于设定的应力值则控制系统12控制电机2停止转动，同时通过控制增压器14向薄壁管5内部补充一定的压力介质28，如果薄壁管5环向应力值大于设定的应力值则控制系统12控制电液伺服阀27实现增压器14停止向薄壁管5内部补充压力介质28，同时控制电机2转动使得活动横梁8向远离底座1方向运动，从而增加薄壁管5的轴向压力或轴向拉力，使得薄壁管5的受力状态按预先设定的线路进行；
步骤五、直至薄壁管5发生破裂，保存实验数据，拆下实验用薄壁管5。
本实施方式的选取一种薄壁管5，按一定尺寸进行切割得到一定长度的薄壁管5，薄壁管5中间位置轴向和环向贴上应变片6；用密封头18将薄壁管5端部密封，将密封好的管材5放置到活动台架16的下平板16-3和固定台架17的上平板17-3之间，薄壁管5一端与固定上平板17-1的下表面密封固定连接，薄壁管5另一端与活动下平板16-3的上表面固定连接，活动上平板16-1通过连接杆3与力传感器10固定连接，力传感器10与活动横梁8固定连接，固定下平板17-3通过连接杆3与底座1固定连接；启动实验系统，控制系统12控制电机2工作，电机2与丝杆9传动连接，电机2带动丝杆9转动，丝杆9与活动横梁8之间为滚珠丝杆副，因此，丝杆9转动时带动活动横梁8沿着丝杆9运动；活动横梁8向着远离底座1的方向运动时活动台架16同活动横梁8一起运动，使得固定上平板17-1和活动下平板16-3之间空间减小，从而使薄壁管5轴向受到压力作用，泵站15可以驱动增压器14动作，控制系统12通过电液伺服阀27控制泵站15的输出液压油的压力和体积来控制增压器14输出压力介质的压力28，从而实现向管材5内部充入给定值的压力介质28；力传感器10收集薄壁管5所受到的轴向拉力信息、压力传感器13收集薄壁管5内部压力介质28的压力信息、应变片6收集薄壁管5的应变信息，这些信息传入到控制单元12进过分析处理得到管材5沿着轴线方向和薄壁管5环向的精确的应力应变信息，通过与设定的应力值比较，如果轴向应力值大于设定的值则控制单元12控制伺服电机2停止转动，同时通过控制增压器14向管材5内部补充一定的压力介质28，若果管材5环向应力值大于设定的值则控制单元12控制增压器14不向薄壁管5内部补充压力介质28，同时控制伺服电机2转动使得活动横梁8向远离底座1方向运动，从而增加薄壁管5轴向的拉力，使得薄壁管5的受力状态按预先设定的线路进行；直至薄壁管5发生破裂，保存实验数据，拆下实验薄壁管5。
也可以如下，本实施方式使用时选取一种薄壁管5，按一定尺寸进行切割得到一定长度的薄壁管5，薄壁管5中间位置轴向和环向分别贴上应变片6；将管材5与上夹头7及下夹头4相连，使上夹头7和下夹头4加紧薄壁管5，并对薄壁管5进行密封；启动实验系统，控制系统12控制电机2工作，电机2与丝杆9传动连接，伺服电机2带动丝杆9转动，丝杆9与活动横梁8之间为滚珠丝杆副，因此滚珠丝杆9转动时带动活动横梁8沿着滚珠丝杆9运动；下夹头4通过连接杆3与底座1固定连接，上夹头7通过连接杆3与力传感器10固定连接，力传感器10与活动横梁8固定连接，活动横梁8向着远离底座1的方向运动时薄壁管5在上夹头7和下夹头4的作用下受到拉力作用，泵站15可以驱动增压器14动作，控制系统12通过伺服阀27控制泵站15的输出液压油的压力和体积来控制增压器14输出压力介质28的压力，从而实现向薄壁管5内部充入给定值的压力介质28；力传感器10收集管材5所受到的轴向拉力信息、压力传感器13收集管材5内部压力介质28的压力信息、应变片6收集薄壁管5的应变信息，这些信息传入到控制系统12经过分析处理得到薄壁管5沿着轴线方向和薄壁管5环向的精确的应力应变信息，通过与设定的应力值比较，如果轴向应力值大于设定的应力值则控制系统12控制电机2停止转动，同时通过控制增压器14向薄壁管5内部补充一定的压力介质28，如果薄壁管5环向应力值大于设定的应力值则控制单元12控制增压器14不向薄壁管5内部补充压力介质28，同时控制电机2转动使得活动横梁8向远离底座1方向运动，从而增加薄壁管5轴向的拉力，使得薄壁管5的受力状态按预先设定的线路进行；直至薄壁管5发生破裂，保存实验数据，拆下实验薄壁管5。
本实施方式的电机2在控制系统12的控制下转动，电机2通过传动连接带动丝杆9转动从而使活动横梁8向远离底座1的方向运动，活动横梁8的运动速度保持一定，且在测试阶段不停止，通过控制系统12控制泵站15来控制增压器14的输出压力介质28的压力来实现薄壁管5的应力应变状态按照预先设定的应力路径进行变形。
本实施方式的有益效果是：电机2一直处于转动转态，带动丝杆9转动，通过活动横梁8对薄壁管5施加轴向作用力，不会因为电机2反复启停造成施加在管材5端部轴向的冲击载荷，使得薄壁管5所受作用力更加平稳。
具体实施方式七：结合图1、图2、图7和图8，本实施方式的步骤二的薄壁管5的两端密封方式为：薄壁管5的两端各插装一个芯棒22，芯棒22环向开有两个凹槽，凹槽内放置O型密封圈21，薄壁管5的两端通过上夹头7和下夹头4夹持，O型密封圈21起到密封作用。如此设置，结构简单，设计合理，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图1、图2、图7和图8，本实施方式的步骤二的薄壁管5的两端密封方式为：薄壁管5的两端内各放置一个弹性圈26，薄壁管5的两端外各插装一个约束环25，带锥面拉杆24穿过弹性圈26和约束环25，在螺母23的作用下带动带锥面拉杆24的锥面不断挤压弹性圈26，弹性圈26与薄壁管5内壁紧密接触实现薄壁管5两端密封，两个约束环25分别与固定上平板17-1和活动下平板16-3连接。如此设置，结构简单，设计合理，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：结合图1、图2、图7和图8，本实施方式的步骤四的应变信息的测量方式可采用以下方式替代：散斑应变测量系统19或应变片6和散斑应变测量系统19相结合的方式；薄壁管5的外壁轴向中间区域喷涂上散斑应变测量系统所需要的斑点；散斑应变测量系统19安装在底座1，散斑应变测量系统19的CCD相机用于采集薄壁管5的应变信息，散斑应变测量系统19的应变信号输出端与控制系统12的应变信号输入端连接。
如此设置，采用散斑应变测量系统19和应变片6相结合的测量方式进行测量，在变形很小时采用应变片6测量，且采用散斑应变测量系统19测量薄壁管5几何特征，变形较大时切换到采用散斑应变测量系统19进行测量。单独采用散斑应变测量系统测量为非接触式测量，省去粘贴应变片6的过程，且单独采用或组合方式采用散斑应变测量系统19测量结果精度高、可靠性好，可以测量较大应变的变形过程，可以直接测量出薄壁管5变形时的几何信息，不需要通过应变值及近似模型计算，简化运算复杂程度，提高测量精度。其它与具体实施方式六、七或八相同。
具体实施方式十：结合图1-图6说明，本实施方式的步骤四的压力介质28为乳化液或液压油。使用方便，满足设计要求。其它与具体实施方式九相同。
Claims (10)
1.一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，其特征在于：它包括底座(1)、应变片(6)、活动横梁(8)、泵站(15)、油压增压器(14)、力传感器(10)、压力传感器(13)、控制系统(12)、两个上夹头(7)、两个下夹头(4)、两个丝杠副(9)和两个电机(2)；
底座(1)上并列安装有两个电机(2)，两个电机(2)的轴向竖向设置，每个电机(2)的输出端固装有一个丝杠副(9)，活动横梁(8)水平穿设在两个丝杠副(9)上并与两个丝杠副(9)的丝母固接，力传感器(10)安装在活动横梁(8)的下表面上，力传感器(10)通过连接杆(3)与两个上夹头(7)连接，底座(1)通过连接杆(3)与两个下夹头(4)连接，两个上夹头(7)和两个下夹头(4)分别用于夹装薄壁管(5)的两端；
薄壁管(5)外壁中间位置沿轴向和环向分别贴装有应变片(6)，泵站(15)的出口通过电液伺服阀(27)与油压增压器(14)连通，油压增压器(14)通过管路与薄壁管(5)的下端连通，油压增压器(14)的出口安装有用于检测薄壁管(5)内部介质压力的压力传感器(13)；应变片(6)的应变信号输出端与控制系统(12)的应变信号输入端连接，压力传感器(13)的压力信号输出端与控制系统(12)的压力信号输入端连接，控制系统(12)用于控制电机(2)的启停及电液伺服阀27的开度。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，其特征在于：电机(2)为伺服电机，薄壁管双向应力状态应力应变测量装置还包括散斑应变测量系统(19)，薄壁管(5)的外壁中间区域喷涂上散斑应变测量系统所需要的斑点；散斑应变测量系统(19)安装在底座(1)，散斑应变测量系统(19)的CCD相机用于采集薄壁管(5)的应变信息，散斑应变测量系统(19)的应变信号输出端与控制系统(12)的应变信号输入端连接。
3.一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，其特征在于：它包括底座(1)、应变片(6)、活动横梁(8)、泵站(15)、油压增压器(14)、力传感器(10)、压力传感器(13)、控制系统(12)、活动台架(16)、固定台架(17)、两个丝杠副(9)和两个电机(2)；
底座(1)上并列安装有两个电机(2)，两个电机(2)的轴向竖向设置，每个电机(2)的输出端固装有一个丝杠副(9)，活动横梁(8)水平穿设在两个丝杠副(9)上并与两个丝杠副(9)的丝母固接，活动台架(16)包括活动上平板(16-1)、活动下平板(16-3)和两个活动拉杆(16-2)；固定台架(17)包括固定上平板(17-1)、固定下平板(17-3)和两个固定拉杆(17-2)；活动上平板(16-1)、固定上平板(17-1)、活动下平板(16-3)和固定下平板(17-3)由上至下依次设置，活动上平板(16-1)和活动下平板(16-3)通过竖向滑动安装在固定上平板(17-1)上的两个活动拉杆(16-2)连接，固定上平板(17-1)和固定下平板(17-3)通过两个固定拉杆(17-2)连接；底座(1)通过连接杆(3)与固定下平板(17-3)连接，力传感器(10)安装在活动横梁(8)的下表面上，活动上平板(16-1)通过连接杆(3)与力传感器(10)连接，固定下平板(17-3)下表面和活动下平板(16-3)上表面之间用于安装薄壁管(5)；
薄壁管(5)外壁中间位置沿轴向和环向分别贴装有应变片(6)，泵站(15)的出口通过电液伺服阀(27)与油压增压器(14)连通，油压增压器(14)通过管路与薄壁管(5)的下端连通，油压增压器(14)的出口安装有用于检测薄壁管(5)内部介质压力的压力传感器(13)；
应变片(6)的应变信号输出端与控制系统(12)的应变信号输入端连接，压力传感器(13)的压力信号输出端与控制系统(12)的压力信号输入端连接，控制系统(12)用于控制电机(2)的启停及电液伺服阀(27)的开度。
4.根据权利要求3所述的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，其特征在于：电机(2)为伺服电机。
5.根据权利要求3或4所述的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量装置，其特征在于：薄壁管双向应力状态应力应变测量装置还包括散斑应变测量系统(19)，薄壁管(5)的外壁轴向中间区域喷涂上散斑应变测量系统所需要的斑点；散斑应变测量系统(19)安装在底座(1)，散斑应变测量系统(19)的CCD相机用于采集薄壁管(5)的应变信息，散斑应变测量系统(19)的应变信号输出端与控制系统(12)的应变信号输入端连接。
6.一种薄壁管双向应力状态应力应变测量方法，其特征在于：该测量方法是按照以下步骤进行的：
步骤一、选取加工好的薄壁管(5)；
步骤二、将薄壁管(5)两端分别与两个上夹头(7)及两个下夹头(4)连接或活动上平板(16-3)及固定下平板(17-3)相连接，对薄壁管(5)两端进行密封；
步骤三、控制系统(12)控制电机(2)工作，电机(2)与丝杆(9)传动连接，电机(2)带动丝杆(9)转动，丝杆(9)转动带动活动横梁(8)远离底座(1)的方向运动，使得薄壁管(5)受到轴向拉力或压力作用；
泵站(15)驱动增压器(14)动作，控制系统(12)控制伺服阀(27)实现泵站(15)的输出液压油的压力和体积变化来控制增压器(14)输出压力介质(28)的压力，从而实现向薄壁管(5)内部充入给定值的压力介质(28)；
步骤四、力传感器(10)收集薄壁管(5)所受到的轴向拉力或轴向压力信息，压力传感器(13)收集薄壁管(5)内部压力介质(28)的压力信息，薄壁管(5)外壁中间位置沿轴向和环向贴装有应变片(6)，应变片(6)收集薄壁管(5)的应变信息；上述信息传入到控制系统(12)进过分析处理得到薄壁管(5)轴线方向和薄壁管(5)环向的应力应变信息，通过与设定的应力值比较，如果轴向应力值大于设定的应力值则控制系统(12)控制电机(2)停止转动，同时通过控制增压器(14)向薄壁管(5)内部补充一定的压力介质(28)，如果薄壁管(5)环向应力值大于设定的应力值则控制系统(12)控制电液伺服阀(27)实现增压器(14)停止向薄壁管(5)内部补充压力介质(28)，同时控制电机(2)转动使得活动横梁(8)向远离底座(1)方向运动，从而增加薄壁管(5)的轴向压力或轴向拉力，使得薄壁管(5)的受力状态按预先设定的线路进行；
步骤五、直至薄壁管(5)发生破裂，保存实验数据，拆下实验用薄壁管(5)。
7.根据权利要求6所述的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量方法，其特征在于：步骤二的薄壁管(5)的两端密封方式为：薄壁管(5)的两端各插装一个芯棒(22)，芯棒(22)环向开有两个凹槽，凹槽内放置O型密封圈(21)，薄壁管(5)的两端通过上夹头(7)和下夹头(4)夹持，O型密封圈(21)起到密封作用。
8.根据权利要求6所述的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量方法，其特征在于：步骤二的薄壁管(5)的两端密封方式为：薄壁管(5)的两端内各放置一个弹性圈(26)，薄壁管(5)的两端外各插装一个约束环(25)，带锥面拉杆(24)穿过弹性圈(26)和约束环(25)，在螺母(23)的作用下带动带锥面拉杆(24)的锥面不断挤压弹性圈(26)，弹性圈(26)与薄壁管(5)内壁紧密接触实现薄壁管(5)两端密封，两个约束环(25)分别与固定上平板(17-1)和活动下平板(16-3)连接。
9.根据权利要求6、7或8所述的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量方法，其特征在于：步骤四的应变信息的测量方式可采用以下方式替代：散斑应变测量系统(19)或应变片(6)和散斑应变测量系统(19)相结合的方式；薄壁管(5)的外壁轴向中间区域喷涂上散斑应变测量系统所需要的斑点；散斑应变测量系统(19)安装在底座(1)，散斑应变测量系统(19)的CCD相机用于采集薄壁管(5)的应变信息，散斑应变测量系统(19)的应变信号输出端与控制系统(12)的应变信号输入端连接。
10.根据权利要求9所述的一种薄壁管双向应力状态应力应变测量方法，其特征在于：步骤四的压力介质(28)为乳化液或液压油。
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