CN106989996B - 单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法 - Google Patents

单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106989996B
CN106989996B CN201710200408.7A CN201710200408A CN106989996B CN 106989996 B CN106989996 B CN 106989996B CN 201710200408 A CN201710200408 A CN 201710200408A CN 106989996 B CN106989996 B CN 106989996B
Authority
CN
China
Prior art keywords
retainer ring
pipeline
pipeline section
experiment
support system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710200408.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106989996A (zh
Inventor
曹宇光
衣海娇
甄莹
史勇晋
李森
李勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuxi Hongtai Detection Technology Co ltd
Original Assignee
China University of Petroleum East China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN201710200408.7A priority Critical patent/CN106989996B/zh
Publication of CN106989996A publication Critical patent/CN106989996A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106989996B publication Critical patent/CN106989996B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/10—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces generated by pneumatic or hydraulic pressure
    • G01N3/12—Pressure testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048—Hydraulic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G01N2203/0067—Fracture or rupture

Abstract

本发明涉及一种单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置，包括：管道支撑系统、管道扩撑系统、进油管、DIC测试系统；管道支撑系统对实验管段的两端进行支撑；实验管段的侧壁开设有轴向穿透预制裂纹，预制裂纹关于实验管段的轴向中面对称；管道扩撑系统的内端面与实验管段的轴向中面重合；进油管进油为管道扩撑系统提供液压动力；DIC测试系统对实验管段的断裂过程进行实时观测。本发明的实验采用液压驱动装置，降低工作风险，减少成本；实验过程中，通过控制伸缩杆的运动速度，可以控制扇形块的张开速度，同时控制裂纹的扩展速度，保证所得数据的精确性；扇形块拥有足够长的长度，扩展过程中与管壁均匀接触，保证实验过程裂纹稳定扩展。

Description

单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法
技术领域
本发明属于管道设计制造技术领域，具体地，涉及一种单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法。
背景技术
管道断裂实验在确定管道断裂特性方面有重要的应用，现阶段的管道断裂实验可分为小型的实验室实验、大型的实验室实验和实际的结构实验。小型的实验室实验包括：三点弯曲试验、紧凑拉伸试验和落锤试验等，小型的实验室实验采用小试件研究断裂特性，管材试件与实际管道存在尺寸误差、约束误差等，影响对管道断裂特性的判断认识；大型的实验室实验如宽板试验，对实验机的加载能力要求极高，所需成本较高；实际的结构实验如全尺寸爆破试验，全尺寸爆破试验耗费极大的人力、物力，且实验过程有极大的危险性。为解决上述问题，亟需设计一种专用的在管道上进行管道断裂实验的实验装置。
发明内容
为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种直接在管段上进行断裂模拟实验的装置和实验方法，运用该装置可以实现在管段上安全的进行断裂实验，并且可以实时观测裂纹扩展情况，以解决常规管道断裂实验试件制备困难、误差较大、成本过高、危险性较大等难题，且结构简单，使用方便。
为实现上述目的，本发明采用下述方案：
单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置，包括：管道支撑系统、管道扩撑系统、进油管、DIC测试系统；管道支撑系统对实验管段的两端进行支撑；实验管段的侧壁开设有轴向穿透预制裂纹，预制裂纹关于实验管段的轴向中面对称；管道扩撑系统的内端面与实验管段的轴向中面重合；进油管进油为管道扩撑系统提供液压动力；DIC测试系统对实验管段的断裂过程进行实时观测。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)、实验试样采用全尺寸管道试样，直接从管道上截取，减小尺寸误差、约束误差等，保证数据的可靠性。
(2)、实验采用液压驱动装置，降低工作风险，减少成本。
(3)、实验过程中，通过控制伸缩杆的运动速度，可以控制扇形块的张开速度，同时控制裂纹的扩展速度，保证所得数据的精确性。
(4)、扇形块拥有足够长的长度，扩展过程中与管壁均匀接触，保证实验过程裂纹稳定扩展。
(5)、运用DIC测试装置实时观测裂纹扩展情况，方便获取所需数据。
附图说明
图1是单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置正视示意图。
图2是单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置实验过程中正视示意图。
图3是图1的径向的半剖示意图。
图4是图2的径向的半剖示意图。
图5是图3的A-A向的剖视示意图。
其中：1、实验管段，2A、左下橡胶圈，2B、右下橡胶圈，3、计算机，4A、左上金属圈，4B、右上金属圈，5、图像采集器，6、第二级伸缩杆，7、扇形块，8、进油管，9A、左上橡胶圈，9B、右上橡胶圈，10A、左下金属圈，10B、右下金属圈，11、管道支撑系统、12、管道扩撑系统，13A、左上卡圈，13B、右上卡圈，14A、左下卡圈，14B、右下卡圈，15、第一级伸缩杆，16、液压缸主体，17、DIC(数字图像相关方法)测试系统，18、预制裂纹，19、光源。
具体实施方式
如图1至图5所示，单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置，包括：管道支撑系统11、管道扩撑系统12、进油管8、DIC测试系统17；管道支撑系统11对实验管段1的两端进行支撑；实验管段1的侧壁开设有轴向穿透预制裂纹18，预制裂纹18关于实验管段1的轴向中面对称；管道扩撑系统12的内端面与实验管段1的轴向中面重合；进油管8进油为管道扩撑系统12提供液压动力；DIC测试系统17对实验管段1的断裂过程进行实时观测。
管道支撑系统11，包括：左上卡圈13A、左下卡圈14A、右上卡圈13B、右下卡圈14B；左上卡圈13A、左下卡圈14A位于实验管段1的左端，左上卡圈13A由内向外依次为左上橡胶圈9A、左上金属圈4A，左下卡圈14A由内向外依次为左下橡胶圈2A、左下金属圈10A；左上卡圈13A、左下卡圈14A通过螺栓将实验管段1的左端固定；右上卡圈13B、右下卡圈14B位于实验管段1的右端，右上卡圈13B由内向外依次为右上橡胶圈9B、右上金属圈4B，右下卡圈14B由内向外依次为右下橡胶圈2B、右下金属圈10B；右上卡圈13B、右下卡圈14B通过螺栓将实验管段1的右端固定；左上卡圈13A、左下卡圈14A与右上卡圈13B、右下卡圈14B相对于实验管段1径向中面完全对称。
管道扩撑系统12，包括：四块扇形块7、第一级伸缩杆15、第二级伸缩杆6、液压缸主体16；四块扇形块7结构完全相同，四块扇形块7组合形成圆柱壳，圆柱壳的外壁与实验管段1内壁面接触，圆柱壳的内端面与实验管段1的轴向中面重合；四块扇形块7的内壁中心均与四根第一级伸缩杆15外端连接；第一级伸缩杆15、第二级伸缩杆6、液压缸主体16沿轴向依次相互配合；第一级伸缩杆15、第二级伸缩杆6沿周向均布。
液压缸主体16连接进油管8，通过进油管8进油为管道扩撑系统12提供液压动力。
DIC测试系统17包括：计算机3、光源19、图像采集器5。光源19对称放置在实验管段1预制裂纹18的上下两侧，图像采集器5安置在预制裂纹18正前侧，图像采集器5可以完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器5与计算机3相连，通过图像采集器5采集的信息可以传输到计算机3中，并做下一步的分析计算。
管道断裂模拟实验的实验方法，如图1至图5所示，采用上述单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置，包括下述步骤：
1、将含有预制裂纹18的实验管段1放置在左下卡圈14A、右下卡圈14B上，实验管段1的左右两端分别与左下卡圈14A的左端，右下卡圈14B的右端对齐；将左上卡圈13A、右上卡圈13B分别对齐左下卡圈14A、右下卡圈14B放置在实验管段1上，同时用螺母、螺钉固定；将管道扩撑系统12放置于实验管段1中，调整管道扩撑系统12的左端面与实验管段1的轴向中面重合。
2、将光源19对称放置在实验管段1预制裂纹18的上下两侧，保证光源19的照射范围能够覆盖预制裂纹18，然后将图像采集器5安置在预制裂纹18的正前侧，使图像采集器5可以完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器5与计算机3相连，完成DIC测试系统17的安装。
3、实验过程中，进油管8进油，为管道扩撑系统12提供液压动力；进入液压缸主体16的油推动第二级伸缩杆6沿径向向外运动；然后进入第二级伸缩杆6的油推动第一级伸缩杆15沿径向向外运动；扇形块7因为第一级伸缩杆15的挤压沿径向同时向外缓慢扩展，预制裂纹18因为扇形块的扩张运动也开始缓慢扩展。通过控制进油速度，可控制伸缩杆的的运动速度，进而可控制预制裂纹18的扩展速度。图像采集器5记录裂纹扩展全过程并传输到相连的计算机3上，计算机3进行相应的后处理。

Claims (2)

1.一种单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置，包括：管道支撑系统、管道扩撑系统、进油管、DIC测试系统；其特征在于，管道支撑系统对实验管段的两端进行支撑；实验管段的侧壁开设有轴向穿透预制裂纹，预制裂纹关于实验管段的轴向中面对称；管道扩撑系统的内端面与实验管段的轴向中面重合；进油管进油为管道扩撑系统提供液压动力；DIC测试系统对实验管段的断裂过程进行实时观测；
管道支撑系统，包括：左上卡圈、左下卡圈、右上卡圈、右下卡圈；左上卡圈、左下卡圈位于实验管段的左端，左上卡圈由内向外依次为左上橡胶圈、左上金属圈，左下卡圈由内向外依次为左下橡胶圈、左下金属圈；左上卡圈、左下卡圈通过螺栓将实验管段的左端固定；右上卡圈、右下卡圈位于实验管段的右端，右上卡圈由内向外依次为右上橡胶圈、右上金属圈，右下卡圈由内向外依次为右下橡胶圈、右下金属圈；右上卡圈、右下卡圈通过螺栓将实验管段的右端固定；左上卡圈、左下卡圈与右上卡圈、右下卡圈相对于实验管段径向中面完全对称；
管道扩撑系统，包括：四块扇形块、第一级伸缩杆、第二级伸缩杆、液压缸主体；四块扇形块结构完全相同，四块扇形块组合形成圆柱壳，圆柱壳的外壁与实验管段内壁面接触，圆柱壳的内端面与实验管段的轴向中面重合；四块扇形块的内壁中心均与四根第一级伸缩杆外端连接；第一级伸缩杆、第二级伸缩杆、液压缸主体沿轴向依次相互配合；第一级伸缩杆、第二级伸缩杆沿周向均布；
液压缸主体连接进油管，通过进油管进油为管道扩撑系统提供液压动力；
DIC测试系统包括：计算机、光源、图像采集器；光源对称放置在实验管段预制裂纹的上下两侧，图像采集器安置在预制裂纹正前侧，图像采集器可以完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器与计算机相连，通过图像采集器采集的信息可以传输到计算机中，并做下一步的分析计算。
2.一种管道断裂模拟实验的实验方法，采用权利要求1所述单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置，其特征在于，包括下述步骤：
(1)、将含有预制裂纹的实验管段放置在左下卡圈、右下卡圈上，实验管段的左右两端分别与左下卡圈的左端，右下卡圈的右端对齐；将左上卡圈、右上卡圈分别对齐左下卡圈、右下卡圈放置在实验管段上，同时用螺母、螺钉固定；将管道扩撑系统放置于实验管段中，调整管道扩撑系统的左端面与实验管段的轴向中面重合；
(2)、将光源对称放置在实验管段预制裂纹的上下两侧，保证光源的照射范围能够覆盖预制裂纹，然后将图像采集器安置在预制裂纹的正前侧，使图像采集器可以完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器与计算机相连，完成DIC测试系统的安装；
(3)、实验过程中，进油管进油，为管道扩撑系统提供液压动力；进入液压缸主体的油推动第二级伸缩杆沿径向向外运动；然后进入第二级伸缩杆的油推动第一级伸缩杆沿径向向外运动；扇形块因为第一级伸缩杆的挤压沿径向同时向外缓慢扩展，预制裂纹因为扇形块的扩张运动也开始缓慢扩展；通过控制进油速度，可控制伸缩杆的的运动速度，进而可控制预制裂纹的扩展速度， 图像采集器记录裂纹扩展全过程并传输到相连的计算机上，计算机进行相应的后处理。
CN201710200408.7A 2017-03-29 2017-03-29 单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法 Expired - Fee Related CN106989996B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710200408.7A CN106989996B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710200408.7A CN106989996B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106989996A CN106989996A (zh) 2017-07-28
CN106989996B true CN106989996B (zh) 2019-10-11

Family

ID=59411846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710200408.7A Expired - Fee Related CN106989996B (zh) 2017-03-29 2017-03-29 单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106989996B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111458097B (zh) * 2020-04-27 2021-09-07 中国船舶科学研究中心 一种水下结构碰撞试验装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101608905A (zh) * 2009-07-21 2009-12-23 清华大学 一种微裂纹微小张开位移的测量方法
CN101793646A (zh) * 2010-02-04 2010-08-04 西北工业大学 瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置
CN102189188A (zh) * 2011-03-22 2011-09-21 德新钢管（中国）有限公司 一种热扩大直径无缝不锈钢管的制造工艺
CN102854061A (zh) * 2012-07-31 2013-01-02 清华大学 一种含贯穿裂纹管道的加载方法
CN203414359U (zh) * 2013-09-06 2014-01-29 山东科技大学 一种管道内压致裂实验机
CN104865139A (zh) * 2015-06-01 2015-08-26 南昌航空大学 一种用于离线ct检测条件下的疲劳裂纹三维扩展对比分析方法
CN104913989A (zh) * 2015-05-20 2015-09-16 上海交通大学 一种测量断裂韧度裂纹稳态扩展长度的方法
CN105223090A (zh) * 2014-06-09 2016-01-06 鞍钢股份有限公司 一种基于dic技术的汽车薄板flc曲线测定装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3933118B2 (ja) * 2003-10-02 2007-06-20 ソニー株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101608905A (zh) * 2009-07-21 2009-12-23 清华大学 一种微裂纹微小张开位移的测量方法
CN101793646A (zh) * 2010-02-04 2010-08-04 西北工业大学 瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置
CN102189188A (zh) * 2011-03-22 2011-09-21 德新钢管（中国）有限公司 一种热扩大直径无缝不锈钢管的制造工艺
CN102854061A (zh) * 2012-07-31 2013-01-02 清华大学 一种含贯穿裂纹管道的加载方法
CN203414359U (zh) * 2013-09-06 2014-01-29 山东科技大学 一种管道内压致裂实验机
CN105223090A (zh) * 2014-06-09 2016-01-06 鞍钢股份有限公司 一种基于dic技术的汽车薄板flc曲线测定装置及方法
CN104913989A (zh) * 2015-05-20 2015-09-16 上海交通大学 一种测量断裂韧度裂纹稳态扩展长度的方法
CN104865139A (zh) * 2015-06-01 2015-08-26 南昌航空大学 一种用于离线ct检测条件下的疲劳裂纹三维扩展对比分析方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106989996A (zh) 2017-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110487697A (zh) 注超临界二氧化碳煤岩力学特性测试及压裂实验装置
CN102967506B (zh) 中尺寸岩石伺服控制真三轴试验装置
CN101793646B (zh) 瓣模式薄壁管件周向力学性能测试装置
CN106840901B (zh) 一种基于真三轴加载下的煤岩体多参量监测试验装置
CN108444550A (zh) 静态破碎剂膨胀压力和温度测试一体化装置及其测试方法
CN106989996B (zh) 单向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法
CN109001040B (zh) 岩石压裂模拟装置
CN107345890B (zh) 一种页岩气吸附解吸/开采模拟实验装置及方法
CN102607760B (zh) 激波加载固定颗粒群非稳态力直接测量装置
CN106289996A (zh) 一种可进行真假三轴试验的装置
CN203941066U (zh) 一种高温环境下防止应力松弛的应力腐蚀拉伸试验装置
CN109001053A (zh) 一种围压与湿热耦合条件下煤岩动态冲击破坏测试系统
CN106918507B (zh) 单向驱动式半裂纹管道断裂模拟实验装置及实验方法
CN106840886B (zh) 双向驱动式管道断裂模拟实验装置及实验方法
CN106918510B (zh) 压力膨胀式管道断裂模拟实验装置及实验方法
CN206192782U (zh) 一种可进行真假三轴试验的装置
CN102445382A (zh) 一种高温三轴试验传压固体预装机构及方法
CN105738200A (zh) 土层锚固体应力传递机理可视试验装置及其试验方法
CN107063868B (zh) 双向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法
CN109709214B (zh) 页岩原位转化过程中动态裂缝测量装置
CN106950114B (zh) 单向液压驱动式全裂纹管道断裂模拟实验装置及实验方法
CN110987626A (zh) 一种考虑托盘影响的锚杆拉拔试验装置及方法
CN102539228A (zh) 一种高温三轴试验传压固体预装机构及方法
CN105403468B (zh) 一种蠕变试验机
CN104316667B (zh) 弹体装药压缩环境模拟试验装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20210127

Address after: 214000 no.333-9, Jincheng East Road, Xinwu District, Wuxi City, Jiangsu Province

Patentee after: WUXI HONGTAI DETECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: 266580 No. 66 Changjiang West Road, Huangdao economic and Technological Development Zone, Qingdao, Shandong

Patentee before: China University of Petroleum (East China)

TR01 Transfer of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191011

Termination date: 20210329

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee