CN108760473B - 一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法及试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法及试验装置，包括加载系统、拉伸组件以及变形检测系统；其中，加载系统包括拉伸试验机以及用于控制拉伸试验机工作的拉伸试验控制计算机；拉伸组件包括试样接头、过渡接头和拉伸试样，试样时，该拉伸试样的一端通过一个试样接头和过渡接头与拉伸试验机的移动夹具连接，另一端通过另一个试样接头和过渡接头与拉伸试验机的固定夹具连接；变形检测系统包括变形检测控制计算机以及设置在过渡接头内的摄像机和激光标线器，变形检测控制计算机分别与摄像机和激光标线器相连。该方法依据“力‑形变”拉伸曲线特征点、试样轴向变形量、试样内壁径向截面变形量等参数，对试样失效进行综合判定。

Description

一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法及试验装置

技术领域

本发明属于管材拉伸性能测试技术领域，具体涉及一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法及试验装置。

背景技术

非金属管已经成为油田地面集输管网防腐的重要措施之一，广泛应用于油气集输和注水等工程。其中，柔性复合管由于具有管体柔性可盘卷，安装施工快速，以及对地形适应性好等优点，受到油田的欢迎。柔性复合管管体通常采用三层结构，从芯部向外依次为：使用热塑性塑料挤塑成型的内衬层，由有机纤维或钢丝/带经编织或缠绕成型的结构层，使用热塑性塑料挤塑成型的外壳。柔性复合管之间的连接，以及同金属管道的连接，是通过扣压工艺在柔性复合管的管体端部安装金属接头实现的。

在运输、安装和服役过程中，柔性复合管会承受轴向拉伸载荷，因此为了确保可靠服役，需要测试管材的轴向拉伸性能。目前的产品标准，如SY/T6794-2010和SY/T6662.6-2014，仅要求记录试验过程中的最大力值，作为管材的极限轴向承载能力。而通用的非金属管材拉伸测试方法，如GB/T5349-2005，试样同试验设备之间采用夹持的连接方式，对试样自身的直度和试样两端轴线的对中度要求较高。由于柔性复合管采用盘卷方式储存，制成拉伸样品后管体仍存在弧度，试样两端接头的轴线不重合，采用常规夹持方式将无法安装。此外，在拉伸测试过程中，仅依靠“力-形变”拉伸曲线上的力值大幅降低判定失效时刻，即仅使用最大力值表征管材极限轴向承载能力是有争议的：拉伸过程中，柔性复合管管壁可能发生塌陷或不均匀变形，导致对应位置的管体径向截面发生非圆变形；结构层中的增强材料依次发生断裂，对应的“力-形变”拉伸曲线会出现多次力值突然小幅下降而后再次升高的过程，直至大部分增强材料破坏后，试验力值将无法恢复至最高值；对于非粘结型的管体，在拉伸过程中外壳可能由扣压接头中脱离，从而难以由外部判定管体的不均匀变形。

发明内容

本发明的目的在于针对现有试验技术的不足，提供了一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法及试验装置。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，包括加载系统、拉伸组件以及变形检测系统；其中，

加载系统包括拉伸试验机以及用于控制拉伸试验机工作的拉伸试验控制计算机；

拉伸组件包括试样接头、过渡接头和拉伸试样，试样时，该拉伸试样的一端通过一个试样接头和过渡接头与拉伸试验机的移动夹具连接，另一端通过另一个试样接头和过渡接头与拉伸试验机的固定夹具连接；

变形检测系统包括变形检测控制计算机以及设置在过渡接头内的摄像机和激光标线器，变形检测控制计算机分别与摄像机和激光标线器相连。

本发明进一步的改进在于，过渡接头上开设有穿线孔。

本发明进一步的改进在于，试样接头通过过渡接头与销孔接头的一端连接，销孔接头的另一端通过定位销与移动夹具或者固定夹具连接。

本发明进一步的改进在于，变形检测系统还包括与变形检测控制计算机相连的应变片和激光测距仪，应变片设置在拉伸试样上，激光测距仪用于对拉伸试样的变形进行测量。

本发明进一步的改进在于，变形检测系统还包括与变形检测控制计算机相连的三维数字成像装置。

一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法，该方法基于上述一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，包括以下步骤：

1)拉伸试样准备

在每一端的过渡接头内侧安装四个直线标线型激光标线器和一个摄像头，使摄像头处于过渡接头的轴线位置，激光标线器沿圆周对称分布在摄像头周围，确保每道激光束距离过渡接头外延的距离为经过变形检测控制计算机的管体允许变形量，并在过渡接头外侧标记激光标线器的对应位置；将激光标线器和摄像头的电源和信号线由过渡接头的穿线孔引出，与变形检测控制计算机相连；而后将两个过渡接头分别连接至拉伸试样两端的试样接头，对照过渡接头外侧的标记调节螺纹配合，使拉伸试样两侧的激光标线器交叉分布，确保激光束不发生重叠，即保证检测点数量，随后分别连接两个销孔接头，拉伸试样准备完毕；

2)拉伸试样安装

调节拉伸试验机的移动夹具位置，并调节两个销孔接头的相对角度，通过两个定位销将拉伸试样固定在拉伸试验机上；将激光标线器和摄像头的电源和信号线连接至变形检测控制计算机，拉伸试样安装完毕；

3)拉伸试验

通过变形检测控制计算机启动激光标线器和摄像头，确认系统正常后进入视频采集状态；通过拉伸试验机控制计算机对拉伸试样施加恒速率拉伸，实时记录并显示“力-轴向形变”曲线；当判定拉伸试样发生失效后，即可以停止加载；若始终没有观测到拉伸试样失效，但已达到拉伸设备极限的或预期的力值或位移时，应立即停止加载；调节移动夹具位置，卸除载荷，拆除拉伸试样，拉伸试验完毕。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，通过拉伸试验机控制计算机对拉伸试样施加恒速率拉伸时的速度取50mm/min。

本发明进一步的改进在于，还包括步骤4)失效判定即结果分析，如下：

在拉伸试验过程中，如出现任何一个或同时出现几个以下的现象，即可判定试样失效，依据最先出现的现象的时间，确定发生失效时对应的轴向力值和轴向变形量：401)拉伸试样发生肉眼可见的破坏的时刻；402)轴向“力-形变”曲线上出现力值短时大幅下降，此下降对应的力值峰值为失效力值；403)轴向“力-形变”曲线上连续出现力值小幅下降而后升高，其中首次下降对应的力值峰值为失效力值；404)轴向“力-形变”曲线上的形变量超过内衬材料的允许轴向变形量的时刻；405)拉伸试样随拉伸而校直之后，首次由摄像头观测到激光反射斑即拉伸试样发生径向截面过度变形的时刻。

本发明具有如下有益的技术效果：

1、本发明的试验装置设计合理，结构简单，易于操作；

2、本发明的试验装置解决了带弧度试样的安装和测试问题；

3、本发明的试验方法及装置可同时检测试样的多项参数，综合判定失效时刻及失效型式，数据全面，结果可信行度高；

4、除柔性复合管外，本发明还适用于其它各类非金属及复合材料管材的拉伸性能测试。

综上所述，本发明使用的拉伸试验机采用销连接的方式，实现了对带弧度试样的安装和测试；采用视频检测的方式，对复合管内壁径向截面进行变形检测；依据“力-形变”拉伸曲线特征点、试样轴向变形量、试样内壁径向截面变形量等参数，对试样失效进行综合判定。在测试过程中，还可以对试样外壁的形变量进行实时测量，则可对试验结果进行更全面的评估。

附图说明

图1为本发明一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置的结构示意图。

图2为本发明拉伸试样及单侧试验接头的结构示意图。

图3为图2的局部放大图。

图4为拉伸试样径向截面过度变形及检测原理示意图。

附图标记说明：1-移动夹具，2-定位销，3-试样接头，4-拉伸试样，5-固定夹具，6-拉伸试验机，7-拉伸试验控制计算机，8-变形检测控制计算机，9-摄像头，10-激光标线器，11-穿线孔，12-过渡接头，13-销孔接头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做出进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明提供的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，包括：加载系统(拉伸试验机6及拉伸试验控制计算机7)、拉伸组件(拉伸试样4及其两侧的试验接头3)、变形检测系统(激光标线器10、摄像头9和变形检测控制计算机8)。其中，通过加载系统依照设定的方式对试样施加拉伸加载，并实时采集力值、变形等数据。拉伸试样4是被测试对象。变形检测系统用于检测试样是否发生过度变形。使用定位销，将拉伸试样两端的销孔接头分别同拉伸试验机6的固定夹具5和移动夹具1牢固连接。“试样接头3-过渡接头12-销孔接头13”之间通过螺纹连接。调整“过渡接头12-销孔接头13”之间的螺纹配合，可以对接头销孔的方向和拉伸试样4长度进行调节，以便于试样安装。过渡接头12内侧(朝向管孔的一侧)安装有激光标线器10和摄像头9，二者的电源和信号线通过穿线孔11同变形检测控制计算机8相连。当拉伸试样4发生过度变形时，或管孔径向截面发生过度非圆变形时，部分内壁将阻碍激光传播，通过摄像头9识别激光反射斑以判定过度变形。如需要对试样内、外部几何尺寸进行精确测量，可加装必要的测量仪器，如采用三维数字成像技术对试样的内外壁径向和轴向变形进行实施检测。

此外，本发明不局限于视频检测，还可以采用其它测量技术(如，应变片、激光测距仪等)。本发明还不局限于对管材内壁径向截面过度变形的检测，还可以采用适用技术(如，三维数字成像技术)对管材内、外内壁的3D形貌进行实时检测。

本发明提供的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法，包括以下步骤：

1)拉伸试样准备

在每一端的过渡接头12内侧安装四个直线标线型激光标线器10和一个摄像头，使摄像头9处于过渡接头12的轴线位置，激光标线器10沿圆周对称分布在摄像头9周围，确保每道激光束距离过渡接头12外延的距离为经过变形检测控制计算机8的管体允许变形量，并在过渡接头12外侧标记激光标线器10的对应位置；将激光标线器10和摄像头9的电源和信号线由过渡接头12的穿线孔11引出，与变形检测控制计算机8相连；而后将两个过渡接头12分别连接至拉伸试样4两端的试样接头3，对照过渡接头12外侧的标记调节螺纹配合，使拉伸试样4两侧的激光标线器10交叉分布，确保激光束不发生重叠，即保证检测点数量，随后分别连接两个销孔接头13，拉伸试样准备完毕。

2)拉伸试样安装

调节拉伸试验机6的移动夹具1位置，并调节两个销孔接头13的相对角度，通过两个定位销2将拉伸试样4固定在拉伸试验机6上；将激光标线器10和摄像头9的电源和信号线连接至变形检测控制计算机8，拉伸试样安装完毕。

3)拉伸试验

通过变形检测控制计算机8启动激光标线器10和摄像头9，确认系统正常后进入视频采集状态；通过拉伸试验机控制计算机7对拉伸试样4施加恒速率拉伸(如50mm/min)，实时记录并显示“力-轴向形变”曲线。当判定拉伸试样4发生失效后，即可以停止加载；若始终没有观测到拉伸试样4失效，但已达到拉伸设备极限的(或预期的)力值或位移时，应立即停止加载。调节移动夹具1位置，卸除载荷，拆除拉伸试样4，拉伸试验完毕。

4)失效判定即结果分析

在拉伸试验过程中，如出现任何一个或同时出现几个以下的现象，即可判定试样失效，依据最先出现的现象的时间，确定发生失效时对应的轴向力值和轴向变形量：401)拉伸试样4发生肉眼可见的破坏的时刻，如破损、断裂、接头脱离等；402)轴向“力-形变”曲线上出现力值短时大幅下降，此下降对应的力值峰值为失效力值；403)轴向“力-形变”曲线上连续出现力值小幅下降而后升高，其中首次下降对应的力值峰值为失效力值；404)轴向“力-形变”曲线上的形变量超过内衬材料的允许轴向变形量的时刻；405)拉伸试样4随拉伸而校直之后，首次由摄像头9观测到激光反射斑(即拉伸试样4发生径向截面过度变形)的时刻。

Claims (8)

1.一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，其特征在于，包括加载系统、拉伸组件以及变形检测系统；其中，

加载系统包括拉伸试验机（6）以及用于控制拉伸试验机（6）工作的拉伸试验控制计算机（7）；

拉伸组件包括试样接头（3）、过渡接头（12）和拉伸试样（4），试验时，该拉伸试样（4）的一端通过一个试样接头（3）和过渡接头（12）与拉伸试验机（6）的移动夹具（1）连接，另一端通过另一个试样接头（3）和过渡接头（12）与拉伸试验机（6）的固定夹具（5）连接；

变形检测系统包括变形检测控制计算机（8）以及设置在过渡接头（12）内的摄像头（9）和激光标线器（10），变形检测控制计算机（8）分别与摄像头（9）和激光标线器（10）相连；在每一端的过渡接头（12）内侧安装四个直线标线型激光标线器（10）和一个摄像头，使摄像头（9）处于过渡接头（12）的轴线位置，激光标线器（10）沿圆周对称分布在摄像头（9）周围，确保每道激光束距离过渡接头（12）外延的距离为经过变形检测控制计算机（8）的管体允许变形量，当拉伸试样（4）发生过度变形时，或管孔径向截面发生过度非圆变形时，部分内壁将阻碍激光传播，通过摄像头（9）识别激光反射斑以判定过度变形。

2.根据权利要求1所述的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，其特征在于，过渡接头（12）上开设有穿线孔（11）。

3.根据权利要求1所述的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，其特征在于，试样接头（3）通过过渡接头（12）与销孔接头（13）的一端连接，销孔接头（13）的另一端通过定位销（2）与移动夹具（1）或者固定夹具（5）连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，其特征在于，变形检测系统还包括与变形检测控制计算机（8）相连的应变片和激光测距仪，应变片设置在拉伸试样（4）上，激光测距仪用于对拉伸试样（4）的变形进行测量。

5.根据权利要求1所述的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，其特征在于，变形检测系统还包括与变形检测控制计算机（8）相连的三维数字成像装置。

6.一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法，其特征在于，该方法基于权利要求3所述的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的试验装置，包括以下步骤：

1）拉伸试样准备

在过渡接头（12）外侧标记激光标线器（10）的对应位置；将激光标线器（10）和摄像头（9）的电源和信号线由过渡接头（12）的穿线孔（11）引出，与变形检测控制计算机（8）相连；而后将两个过渡接头（12）分别连接至拉伸试样（4）两端的试样接头（3），对照过渡接头（12）外侧的标记调节螺纹配合，使拉伸试样（4）两侧的激光标线器（10）交叉分布，确保激光束不发生重叠，即保证检测点数量，随后分别连接两个销孔接头（13），拉伸试样准备完毕；

2）拉伸试样安装

调节拉伸试验机（6）的移动夹具（1）位置，并调节两个销孔接头（13）的相对角度，通过两个定位销（2）将拉伸试样（4）固定在拉伸试验机（6）上；将激光标线器（10）和摄像头（9）的电源和信号线连接至变形检测控制计算机（8），拉伸试样安装完毕；

3）拉伸试验

通过变形检测控制计算机（8）启动激光标线器（10）和摄像头（9），确认系统正常后进入视频采集状态；通过拉伸试验机控制计算机（7）对拉伸试样（4）施加恒速率拉伸，实时记录并显示轴向“力-形变”曲线；当判定拉伸试样（4）发生失效后，即可以停止加载；若始终没有观测到拉伸试样（4）失效，但已达到拉伸设备极限的或预期的力值或位移时，应立即停止加载；调节移动夹具（1）位置，卸除载荷，拆除拉伸试样（4），拉伸试验完毕。

7.根据权利要求6所述的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法，其特征在于，步骤3）中，通过拉伸试验机控制计算机（7）对拉伸试样（4）施加恒速率拉伸时的速度取50mm/min。

8.根据权利要求6所述的一种用于柔性复合管拉伸性能测试的方法，其特征在于，还包括步骤4）失效判定即结果分析，如下：

在拉伸试验过程中，如出现任何一个或同时出现几个以下的现象，即可判定试样失效，依据最先出现的现象的时间，确定发生失效时对应的轴向力值和轴向变形量：401）拉伸试样（4）发生肉眼可见的破坏的时刻；402）轴向“力-形变”曲线上出现力值短时大幅下降，此下降对应的力值峰值为失效力值；403）轴向“力-形变”曲线上连续出现力值小幅下降而后升高，其中首次下降对应的力值峰值为失效力值；404）轴向“力-形变”曲线上的形变量超过内衬材料的允许轴向变形量的时刻；405）拉伸试样（4）随拉伸而校直之后，首次由摄像头（9）观测到激光反射斑即拉伸试样（4）发生径向截面过度变形的时刻。

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