CN111551432A - 模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，包括试验腔体和加载部件。其中，试验腔体内设有用于固定板状拉伸试样两端的定位槽和用于支撑板状拉伸试样变形段的支撑装置。加载部件能够伸入试验腔体内沿垂直于板状拉伸试样的方向朝板状拉伸试样变形段移动并对板状拉伸试样变形段加载。本发明还提供一种用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的方法。本发明提供的装置和方法能够模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，从而能够模拟管道金属材料受到第三方破坏应力作用的实际形貌特征，因此为埋地管道第三方破坏的材料性能影响机理的研究奠定基础。整个装置结构精简且稳定可靠，操作简单便捷。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料性能测试技术领域，具体涉及一种用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置及方法。
背景技术
近年来，随着城市道路建设、轨道交通建设、地产开发等建设活动频繁增加，处于人口集中的居民区、商业区、工业区及主干道路密集区的规模庞大的埋地管道网络系统很容易受到第三方施工活动的破坏，而一旦设施遭到破坏，极易引发燃气泄漏、火灾、爆炸事故，同时往往会导致大面积区域的用户停气事件，甚至造成较大的人员伤亡、严重的经济损失及恶劣的社会影响，使城市居民生活、社会建设和经济发展蒙受巨大损失。
根据国外对于埋地管道第三方破坏的研究结果表明：埋地管道第三方施工破坏的主要表现形式有两种：一是直接破坏管道，引起管道内介质泄漏、火灾、爆炸等事故，直接威胁城市居民生命财产安全；二是在一定程度上碰坏防腐层或造成管道表面刮痕、压坑等，防腐层损坏会造成管道腐蚀，金属形成刮痕、压坑容易造成应力集中或疲劳裂纹，最终导致管道破坏。
目前，就现有技术而言，还没有适用的装置及方法应用于模拟埋地管道第三方破坏下的板状拉伸试验。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，从而能够模拟管道金属材料受到第三方破坏应力作用的实际形貌特征，因此为埋地管道第三方破坏的材料性能影响机理的研究奠定基础的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置。整个装置结构精简且稳定可靠，操作简单便捷。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，包括试验腔体和加载部件。其中，试验腔体内设有用于固定板状拉伸试样两端的定位槽和用于支撑板状拉伸试样变形段的支撑装置。加载部件能够伸入试验腔体内沿垂直于板状拉伸试样的方向朝板状拉伸试样变形段移动并对板状拉伸试样变形段加载。
根据本发明的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，能够通过加载部件对板状拉伸试样进行加载来模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，并能够模拟管道金属材料受到第三方破坏应力作用的实际形貌特征。通过对加载部件设置不同的拉伸试验参数，再现管道内部结构复杂的力学环境，测出真实度更高的力学实验数据，为埋地管道第三方破坏的材料性能影响机理的研究奠定基础。并且，仅仅通过试验腔体内定位槽固定板状拉伸试样，并通过支撑装置支撑板状拉伸试样变形段，因此使得整个装置结构精简且稳定可靠，操作简单便捷。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，在一个优选的实施方式中，加载部件包括加载螺栓轴和压头。其中，压头布置在加载螺旋轴的底部。试验腔体上设有能够使压头穿过且能够与加载螺栓轴螺纹连接的安装孔。
加载螺栓轴通过螺纹连接的形式与试验腔体连接，便于在试验时通过手段加载，因此能够便于提供更加灵活的加载力和加载时间，螺纹连接的形式使得零部件更换简便快捷，有利于批量试验操作。在试验过程中可以实现纯手动操作，无需水电损耗，环保经济，具有较高的性价比。
进一步地，在一个优选的实施方式中，加载螺栓轴顶部设有六角头。
通过在螺旋轴顶部设置六角头，便于通过扳手等工具进行加载。
具体地，在一个优选的实施方式中，压头为四棱锥形结构。
四棱锥形压头，可在板状拉伸试样变形段留下方形压坑，通过设置不同形状的压头，可充分模拟不同情况下第三方破坏的形貌特征。
具体地，在另一个优选的实施方式中，压头为圆锥形结构。
圆锥形压头，可在板状拉伸试样变形段留下圆形压坑，通过设置不同形状的压头，可充分模拟不同情况下第三方破坏的形貌特征。
具体地，在一个优选的实施方式中，支撑装置包括圆形支撑棒，圆形支撑棒对称布置在试验腔体底部中心两侧。
这种结构形式的支撑装置不仅结构简单，生产制造成本低，而且对称布置的形式，能够保证对板状拉伸试样变形段起到很好地支撑作用，从而确保整个试验过程的稳定可靠。
进一步地，在一个优选的实施方式中，试验腔体底部设有与圆形支撑棒形成配合的安装槽，安装槽的深度大于圆形支撑棒的半径。
通过设置与支撑棒形成配合的安装槽，能够使得支撑棒在试验腔体内的安装固定极其简单便捷，且稳定可靠。另外，由于安装槽的深度大于圆形支撑棒的半径，更加有利于支撑棒的固定。
进一步地，在一个优选的实施方式中，圆形支撑棒表面与安装槽内表面均不进行抛光处理。
不进行抛光处理的加工方式能够使得圆形支撑棒表面和安装槽内表面具有更大的粗糙度，从而能够极大程度上提高安装槽内表面与支撑棒接触面的摩擦力，避免支撑棒在试验时滑出，增加试验的稳定性。
进一步地，在一个优选的实施方式中，定位槽沿试验腔体底部中心对称布置在试验腔体两侧，并且定位槽的深度大于板状拉伸试样的高度。
对称布置在试验腔体两侧的定位槽，能够保证板状拉伸试样的安装定位简单便捷，且稳定可靠。另外，由于定位槽的深度大于板状拉伸试样的高度，可以使板状拉伸试样更牢固地嵌入定位槽中。
具体地，在一个优选的实施方式中，加载部件和支撑装置均采用GCr15型全淬透轴承钢材料制成。
采用这种材质制成的加载部件和支撑装置，能够使得上述零部件具有较高的硬度和强度，且耐磨性更好。
本发明第二方面的采用上述所述的装置实施的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的方法，包括以下步骤：S01、将板状拉伸试样的两端固定于试验腔体内，并且采用试验腔体内的支撑装置对板状拉伸试样变形段进行支撑。S02、将加载部件伸入所述试验腔体内沿垂直于板状拉伸试样的方向朝板状拉伸试样变形段移动并对板状拉伸试样变形段加载。S03、当到达预期压坑深度后，停止加载，随即进行卸载，待加载部件完全离开板状拉伸试样后，将板状拉伸试样从试验腔体中取出，完成对板状拉伸试样的压坑加工试验。S04、对试验完毕后的板状拉伸试样进行标记，再对压坑表面进行显微观察，整理并处理数据，用作对后续板式拉伸试验的数据参照，从而测试和评价后续板式拉伸试验的样品材料。
由于采用了上述用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，从而能够有效实现模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，测出真实度较高的力学试验数据，从而能够为后续板式拉伸试验作参照，有效测试和评价手续板式拉伸试验的样品材料。
相比现有技术，本发明的优点在于：能够通过加载部件对板状拉伸试样进行加载来模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，并能够模拟管道金属材料受到第三方破坏应力作用的实际形貌特征。通过对加载部件设置不同的拉伸试验参数，再现管道内部结构复杂的力学环境，测出真实度更高的力学实验数据，为埋地管道第三方破坏的材料性能影响机理的研究奠定基础。整个装置结构精简且稳定可靠，操作简单便捷。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置的主视结构；
图2示意性显示了本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置的侧视结构；
图3示意性显示了本发明实施例的发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置的俯视结构；
图4示意性显示了本发明实施例的其中一种压头结构；
图5示意性显示了图4的俯视结构；
图6示意性显示了本发明实施例的另一种压头结构；
图7示意性显示了图5的俯视结构；
图8示意性显示了本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置的立体结构。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置10的主视结构。图2示意性显示了本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置10的侧视结构。图3示意性显示了本发明实施例的发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置的俯视结构。图4示意性显示了本发明实施例的其中一种压头22结构。图5示意性显示了图4的俯视结构。图6示意性显示了本发明实施例的另一种压头22结构。图7示意性显示了图5的俯视结构。图8示意性显示了本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置的立体结构。
如图1至图3和图8所示，本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置10，包括试验腔体1和加载部件2。其中，试验腔体1内设有用于固定板状拉伸试样4两端的定位槽11和用于支撑板状拉伸试样4变形段的支撑装置3。加载部件2能够伸入试验腔体1内沿垂直于板状拉伸试样4的方向朝板状拉伸试样4变形段移动并对板状拉伸试样4变形段加载。
根据本发明实施例的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，能够通过加载部件对板状拉伸试样进行加载来模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，并能够模拟管道金属材料受到第三方破坏应力作用的实际形貌特征。通过对加载部件设置不同的拉伸试验参数，再现管道内部结构复杂的力学环境，测出真实度更高的力学实验数据，为埋地管道第三方破坏的材料性能影响机理的研究奠定基础。并且，仅仅通过试验腔体内定位槽固定板状拉伸试样，并通过支撑装置支撑板状拉伸试样，因此使得整个装置结构精简且稳定可靠，操作简单便捷。
进一步地，在本实施例中，定位槽11沿试验腔体1底部中心对称布置在试验腔体1两侧，并且定位槽11的深度略大于板状拉伸试样4的高度。对称布置在试验腔体两侧的定位槽，能够保证板状拉伸试样的安装定位简单便捷，且稳定可靠。另外，由于定位槽的深度大于板状拉伸试样的高度，可以使板状拉伸试样更牢固地嵌入定位槽中。具体地，在本实施例中，定位槽为矩形状，因而能够很好地与板状拉伸试样的两端形成配合起到很好地定位固定作用。
具体地，在本实施例中，试验腔体1采用Cr12型冷作模具钢材料制成，因此使得试验腔体具有很好的机械加工性，且具有很好的耐磨性和韧性，强度高。因而特别适用于本实施例的装置之中。
在本实施例中，如图1所示，加载部件2包括加载螺栓轴21和压头22。其中，压头22布置在加载螺旋轴21的底部。试验腔体1上设有能够使压头22穿过且能够与加载螺栓轴21螺纹连接的安装孔13。加载螺栓轴通过螺纹连接的形式与试验腔体连接，便于在试验时通过手段加载，因此能够便于提供更加灵活的加载力和加载时间，螺纹连接的形式使得零部件更换简便快捷，有利于批量试验操作。在试验过程中可以实现纯手动操作，无需水电损耗，环保经济，具有较高的性价比。进一步地，在本实施例中，加载螺栓轴21顶部设有六角头23。通过在螺旋轴顶部设置六角头，便于通过扳手等工具进行加载。
优选地，在本实施例中，加载螺栓轴21的底部掏空呈内螺纹，从而便于与压头22顶部的外螺纹连接，因此进一步使得加载部件的安装和拆卸简便。具体地，在本实施例中，压头22顶部直径尺寸略小于加载螺栓轴21底部直径，从而便于压头22与加载螺栓轴21进行螺纹连接。优选地，在本实施例中，压头22采用硬质合金制成，从而确保压头具有较高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性。
具体地，如图4和图5所示，在本实施例中，压头22为四棱锥形结构。四棱锥形压头，可在板状拉伸试样变形段留下方形压坑，通过设置不同形状的压头，可充分模拟不同情况下第三方破坏的形貌特征。具体地，如图6和图7所示，在本实施例中，压头22也可以为圆锥形结构。圆锥形压头，可在板状拉伸试样变形段留下圆形压坑，通过设置不同形状的压头，可充分模拟不同情况下第三方破坏的形貌特征。
如图1和图8所示，具体地，在本实施例中，支撑装置3包括圆形支撑棒31，圆形支撑棒31对称布置在试验腔体1底部中心两侧。这种结构形式的支撑装置不仅结构简单，生产制造成本低，而且对称布置的形式，能够保证对板状拉伸试样变形段起到很好地支撑作用，从而确保整个试验过程的稳定可靠。进一步地，在本实施例中，试验腔体1底部设有与圆形支撑棒31形成配合的安装槽12，安装槽12的深度略大于圆形支撑棒31的半径。通过设置与支撑棒形成配合的安装槽，能够使得支撑棒在试验腔体内的安装固定极其简单便捷，且稳定可靠。另外，由于安装槽的深度大于圆形支撑棒的半径，更加有利于支撑棒的固定。
进一步地，在本实施例中，圆形支撑棒31表面与安装槽12内表面均不进行抛光处理。不进行抛光处理的加工方式能够使得圆形支撑棒表面和安装槽内表面具有更大的粗糙度，从而能够极大程度上提高安装槽内表面与支撑棒接触面的摩擦力，避免支撑在试验时滑出，增加试验的稳定性。
具体地，在本实施例中，加载螺栓轴21和圆形支撑棒31均采用GCr15型全淬透轴承钢材料制成。采用这种材质制成的加载部件和支撑装置，能够使得上述零部件具有较高的硬度和强度，且耐磨性更好。
本发明实施例的装置10的工作过程如下：
根据前期试验计划选择四棱锥形压头22或圆锥形压头22中的任意一种；
将压头22顶部与加载螺栓轴21底部螺纹拧紧，随后将压头22和加载螺栓轴21依次穿过试验腔体1顶部安装孔使加载螺栓轴21与试验腔体1螺纹连接。将两个圆形支撑棒31放入试验腔体1底部安装槽12中，调整圆形支撑棒31位置使之与试验腔体1保持对正居中，随后将板状拉伸试样4平直放入试验腔体1底部两侧定位槽11内，确定位置使板状拉伸试样4变形段与圆形支撑棒31顶部充分接触。继续将加载螺栓轴21向试验腔体1内部旋入至压头22与板状拉伸试样4刚好接触，此时试验前期安装板状拉伸试样4准备已全部完成；
开始压坑试验，将试验腔体1固定，采用扳手或其它可手动操作设备对加载螺栓轴21顶部六角头23进行旋转加载，一边缓慢旋转一边查看压头22压入板状拉伸试样4的深度，继续手动加载，当到达预期压坑深度后，停止手动加载，随即反方向进行卸载，待压头22完全离开板状拉伸试样4后取出本发明实施例的装置10，再将板状拉伸试样4从本发明实施例的装置10中卸载下来，完成对板状拉伸试样4的压坑加工试验；
对试验完毕后的板状拉伸试样4进行标记，再对压坑表面进行显微观察，整理和处理数据，继续进行拉伸试验实现对样品材料的测试与评价；
实验结束后，清理打扫实验装置，恢复实验前状态。
本发明第二方面实施例的采用上述所述的装置实施的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的方法，具体步骤包括：S01、将板状拉伸试样的两端固定于试验腔体内，并且采用试验腔体内的支撑装置对板状拉伸试样变形段进行支撑。S02、将加载部件伸入所述试验腔体内沿垂直于板状拉伸试样的方向朝板状拉伸试样变形段移动并对板状拉伸试样变形段加载。S03、当到达预期压坑深度后，停止加载，随即进行卸载，待加载部件完全离开板状拉伸试样后，将板状拉伸试样从试验腔体中取出，完成对板状拉伸试样的压坑加工试验。S04、对试验完毕后的板状拉伸试样进行标记，再对压坑表面进行显微观察，整理并处理数据，用作对后续板式拉伸试验的数据参照，从而测试和评价后续板式拉伸试验的样品材料。由于采用了上述用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，从而能够有效实现模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，测出真实度较高的力学试验数据，从而能够为后续板式拉伸试验作参照，有效测试和评价手续板式拉伸试验的样品材料。
根据上述实施例，可见，本发明涉及的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置及方法，能够模拟现场埋地管道出现第三方破坏后对管道产生的压坑效果，并能够模拟管道金属材料受到第三方破坏应力作用的实际形貌特征。通过设置不同的拉伸试验参数，再现管道内部结构复杂的力学环境，测出真实度更高的力学实验数据，为埋地管道第三方破坏的材料性能影响机理的研究奠定基础。整个装置结构精简且稳定可靠，操作简单便捷。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，包括试验腔体和加载部件；其中，
板状拉伸试样的两端固定于所述试验腔体内，且所述试验腔体内设有用于支撑板状拉伸试样变形段的支撑装置；
所述加载部件能够伸入所述试验腔体内沿垂直于板状拉伸试样的方向朝板状拉伸试样变形段移动并对板状拉伸试样变形段加载。
2.根据权利要求1所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述加载部件包括加载螺栓轴和压头；其中，
所述压头布置在所述加载螺旋轴的底部；
所述试验腔体上设有能够使所述压头穿过且能够与所述加载螺栓轴螺纹连接的安装孔。
3.根据权利要求2所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述加载螺栓轴顶部设有六角头。
4.根据权利要求2或3所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述压头为四棱锥形结构。
5.根据权利要求2或3所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述压头为圆锥形结构。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述支撑装置包括圆形支撑棒，所述圆形支撑棒对称布置在所述试验腔体底部中心两侧。
7.根据权利要求6所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述试验腔体底部设有与所述圆形支撑棒形成配合的安装槽，所述安装槽的深度大于所述圆形支撑棒的半径。
8.根据权利要求7所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述圆形支撑棒表面与所述安装槽内表面均不进行抛光处理。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的装置，其特征在于，所述试验腔体内设有用于固定所述板状拉伸试样两端的定位槽，所述定位槽沿所述试验腔体底部中心对称布置在所述试验腔体两侧，并且所述定位槽的深度大于板状拉伸试样的高度。
10.一种采用权利要求1至9中任一项所述的装置实施的用于模拟埋地管道第三方破坏的板状拉伸试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、将板状拉伸试样的两端固定于试验腔体内，并且采用试验腔体内的支撑装置对板状拉伸试样变形段进行支撑；
S02、将加载部件伸入所述试验腔体内沿垂直于板状拉伸试样的方向朝板状拉伸试样变形段移动并对板状拉伸试样变形段加载；
S03、当到达预期压坑深度后，停止加载，随即进行卸载，待加载部件完全离开板状拉伸试样后，将板状拉伸试样从试验腔体中取出，完成对板状拉伸试样的压坑加工试验；
S04、对试验完毕后的板状拉伸试样进行标记，再对压坑表面进行显微观察，整理并处理数据，用作对后续板式拉伸试验的数据参照，从而测试和评价后续板式拉伸试验的样品材料。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113804337A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-17 | 国家石油天然气管网集团有限公司 | 一种管道应力监测系统及其监测试验方法 |
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2020
- 2020-04-26 CN CN202010340671.8A patent/CN111551432A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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