CN113432980B - 一种超导电缆拉伸性能的测试方法 - Google Patents
一种超导电缆拉伸性能的测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113432980B CN113432980B CN202110705300.XA CN202110705300A CN113432980B CN 113432980 B CN113432980 B CN 113432980B CN 202110705300 A CN202110705300 A CN 202110705300A CN 113432980 B CN113432980 B CN 113432980B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- test sample
- test
- superconducting cable
- sample belt
- copper
- 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.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 216
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 94
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 23
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical group [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 70
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 29
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
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
-
- 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
- G01N3/02—Details
Abstract
一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其中包括以下步骤：步骤1，分别将测试样带置于常温和液氮环境中，并基于多个施加负载获得对应于所述多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置；步骤2，基于所述测试样带分别在常温和液氮环境中的悬垂线初始位置，计算测试样带的收缩率；步骤3，基于所述多个施加负载和所述对应于所述多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置，模拟出测试样带的应力应变曲线；步骤4，基于所述测试样带的应力应变曲线计算杨氏模量，并基于所述收缩率和杨氏模量评价测试样带的拉伸性能。本发明方法简单、仪器使用简便、成本低、测试准确。
Description
技术领域
本发明涉及超导输电领域，更具体地，涉及一种超导电缆拉伸性能的测试方法。
背景技术
目前，超导技术在电力系统中的应用越来越多。与电力电缆相比，超导电缆具有很大的优越性，例如：输电能力较强，成本节约、占用空间小、线路阻抗极低、输电损耗小、抗磁干扰能力强；允许采用相对较低的电压进行长距离输电，也可以地下输电从而避免超高压高空输电所带来的噪声、电磁污染和安全隐患，保护生态环境。
现有技术中，为了考虑到超导电缆在不同条件下敷设要求的不同，能够给超导电缆敷设工程设计出参数余量，同时能够为敷设工程提供标准和参考，需要对超导电缆及其衬芯的拉伸性能进行了解，并通过测试获取其机械拉伸性能的相关参数。背景技术1：NbTi、Nb3Sn超导线拉伸性能研究，戴超等，低温物理学报，第36卷第6期，2014年12月。背景技术中公开了对超导线热处理前后的拉伸测试以及拉伸曲线。然而，现有技术中的测试方法结构复杂、测量精度低、成本高。
因此，亟需一种新的超导电缆拉伸性能的测试方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种超导电缆拉伸性能的测试方法，通过在卧式试验台上放置两根悬垂线，并基于应力的改变测量悬垂线的位移从而获得测试样带的收缩率和杨氏模量，使得测试结果准确、测试方法简便。
本发明采用如下的技术方案。一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其中包括以下步骤：步骤1，分别将测试样带置于常温和液氮环境中，并基于多个施加负载获得对应于多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置；步骤2，基于测试样带分别在常温和液氮环境中的悬垂线初始位置，计算测试样带的收缩率；步骤3，基于多个施加负载和所述对应于多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置，模拟出测试样带的应力应变曲线；步骤4，基于测试样带的应力应变曲线计算杨氏模量，并基于收缩率和杨氏模量评价测试样带的拉伸性能。
优选地，步骤1.1，将测试样带置于测试架中并绑定，施加初始压力以使得测试样带处于绷直状态，并测量悬垂线的初始位置；步骤1.2，通过试验架向测试样带施加逐步递增的负载，并测量对应于逐步递增的负载时的悬垂线负载位置；步骤1.3，通过试验架向测试样带逐步卸掉负载，并测量对应于逐步减小的负载时的悬垂线负载位置；步骤1.4，向测试架中灌入液氮，并保持初始压力不变，待测试样带完全冷却后，测量悬垂线的液氮初始位置；步骤1.5，重复步骤2和步骤3，测量测试样带在液氮环境中的悬垂线负载位置。
优选地，测试样带为一种超导电缆的铜衬芯或者一种超导电缆。
优选地，步骤1.1中将测试样带置于测试架中并绑定具体为：将测试样带置于测试架中，一端与测试架端部固定，另一端与不锈钢钢索连接；将第一和第二悬垂线绑定于测试样带的相应位置上；通过手动葫芦向不锈钢钢索施加初始应力，以使得测试样带处于绷直状态。
优选地，步骤1.2和1.3中的负载于0至8×107N/m2之间逐步递增或递减；并且，在负载逐步递增或逐步递减过程中，负载取值可以多于10个。
优选地，步骤1中还包括：在常温下对测试样带进行多次测试以获取多条应力应变曲线。
优选地，步骤4中还包括：将测试样带的收缩率与铜的收缩率进行比较，以评价测试样带的拉伸性能。
优选地，步骤4中还包括：基于常温下的一条或多条应力应变曲线，计算出测试样带在常温下的杨氏模量；基于液氮环境中的应力应变曲线，计算出测试样带在液氮环境中的杨氏模量；将常温下的杨氏模量、液氮环境中的杨氏模量与铜的杨氏模量进行比较，以评价测试样带的拉伸性能。
优选地，在其余试验条件均相同的情况下，铜衬芯试验样带的收缩率小于超导电缆试验样带的收缩率与铜的收缩率；并且，铜衬芯与超导电缆的收缩率差值是由超导电缆外部的超导带材及绝缘材料对铜衬芯施加了负载造成的；铜衬芯与铜的收缩率差值是由铜衬芯的绞合结构造成的。
优选地，在其余试验条件均相同的情况下，超导电缆测试样带的杨氏模量大于铜衬芯的杨氏模量，且铜衬芯的杨氏模量大于铜的杨氏模量。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法，能够将测试样带水平放置于试验架上，并对铜衬芯和超导电缆分别进行测试，以及获得在常温和液氮环境等不同情况下的拉伸性能，方法简单、仪器使用简便、成本低、测试准确。
本发明的有益效果还包括：
1、本发明中拉伸装置是水平于地面设置的，因此克服了测试过程中重力因素对测量中过程数据和测量结果数据的影响，保证了测试的准确性。
2、本发明中采用具有一定测量放大倍数的指尖陀螺，从而使得测量结果更加准确可靠，大幅减小了测量误差。并且，本发明中的测量仪器十分简单，但是设计方式巧妙，能够以极低的成本，较小的代价，实现对于电缆长度变化的准确测量和评估。
3、本发明中根据多次测量经验创造性地提出了多次反复的逐渐增加应力和卸载应力的过程中，以及等待一段时间后对处于不同温度的电缆长度进行测量的技术方案，并将不同情况的测量结果进行分析对比，相比于简单的增加一定应力并测量的技术方案，本发明中的方案，综合考虑了电缆形变的各种因素，如温度、应力、时间等对于电缆长度变化的影响，使得电力电缆的应力应变模型更加准确，更符合实际测算的需要。
附图说明
图1为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中所使用的拉伸测试试验架的示意图；
图2为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中所使用的拉伸测试试验架的测量单元示意图；
图3为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中常温下铜衬芯的应力应变曲线图；
图4为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中液氮环境下铜衬芯的应力应变曲线图；
图5为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中两种测试温度下铜衬芯的应力应变对比示意图；
图6为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中常温下电力电缆的应力应变曲线图；
图7为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中液氮环境下电力电缆的应力应变曲线图；
图8为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中两种测试温度下电力电缆的应力应变对比示意图；
图9为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中两种测试温度下电力电缆的应力应变对比的取样示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
图1为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中所使用的拉伸测试试验架的示意图。如图1所示，一种超导电缆拉伸性能的测试方法使用的拉伸测试试验架可以包括拉伸试验放置架、拉力计、手动葫芦、液氮槽、样品槽、悬垂线和测量单元组成。
其中，可以将短样超导电缆水平放置于样品槽中，并施加应力使其处于伸长状态。而后，使用两根悬垂线，将测量单元和短样超导电缆的相应部分连接，并以此实现对电缆长度变化的测量。
图2为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中所使用的拉伸测试试验架的测量单元示意图。如图2所示，该拉伸测试试验架中测量单元的连接方式具体为指针陀螺的中心固定于放置陀螺的平台上，指针陀螺可以以其固定的中心位置为轴进行自由旋转。本发明中的指针陀螺上包括三个互相呈120度角的指针，其中一个指针与悬垂方向上的悬垂线固定连接。本发明中可以采用胶水固定或者焊接固定等多种方式进行连接固定。另外，其余的一个或两个指针的远端，可以根据指针陀螺旋转的角度对悬垂线的位移进行测量。
可以理解的是，为了准确的测量悬垂线的位移，本发明中可以设置悬垂线与指针的固定点距离指针陀螺中心的长度成倍数的小于尺子和另一指针的交界点距离指针陀螺中心的长度。通过这种方式可以对悬垂线的长度进行呈比例的放大，即便测试过程中会发生误差，但在进行悬垂线位移的换算中，该误差也将成比例的减小。因此，本发明中的方法提高了测量的精确程度，准确地获取悬垂线的位移和电缆长度在不同应力作用下的变化特性。
依照如图1-2中所示的拉伸测试试验架的构成，本发明公开了一种超导拉伸性能的测试方法。
一种超导电缆拉伸性能的测试方法，包括步骤1-4。步骤1，分别将测试样带置于常温和液氮环境中，并基于多个施加负载获得对应于多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置；步骤2，基于测试样带分别在常温和液氮环境中的悬垂线初始位置，计算测试样带的收缩率；步骤3，基于多个施加负载和对应于多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置，模拟出测试样带的应力应变曲线；步骤4，基于测试样带的应力应变曲线计算杨氏模量，并基于收缩率和杨氏模量评价测试样带的拉伸性能。
通常来说，杨氏模量的计算公式为：其中，E为杨氏模量，σ为应力，在本发明中是指单位截面积的测试样带收到的拉伸的作用力，可以通过5T电子应力计获取，ε为应变，在本发明中是指在应力的作用下，单位长度的测试样带对应的伸长量。在本发明中，可以为总的伸长量与测试样带长度10m的比值。
优选地，步骤1.1，将测试样带置于测试架中并绑定，施加初始压力以使得测试样带处于绷直状态，并测量悬垂线的初始位置；步骤1.2，通过试验架向测试样带施加逐步递增的负载，并测量对应于逐步递增的负载时的悬垂线负载位置；步骤1.3，通过试验架向测试样带逐步卸掉负载，并测量对应于逐步减小的负载时的悬垂线负载位置；步骤1.4，向测试架中灌入液氮，并保持初始压力不变，待测试样带完全冷却后，测量悬垂线的液氮初始位置；步骤1.5，重复步骤2和步骤3，测量测试样带在液氮环境中的悬垂线负载位置。
优选地，步骤1.1中将测试样带置于测试架中并绑定具体为：将测试样带置于测试架中，一端与测试架端部固定，另一端与不锈钢钢索连接；将第一和第二悬垂线绑定于测试样带的相应位置上；通过手动葫芦向不锈钢钢索施加初始应力，以使得测试样带处于绷直状态。
通常来说，第一和第二悬垂线可以分别绑定于测试样带的前端附近位置和后端附近位置上，并且，第一和第二悬垂线均垂直于测试样带以及放置测试样带的测试架中的放置架上。悬垂线可以经过固定于指针陀螺的一个指针的固定点后，固定在测试样带上，且在固定后，仍然能够保证悬垂线的垂直状态。
不锈钢钢索的一端与测试样带连接后，不锈钢钢索的另一端穿过手动葫芦设置。手动葫芦可以通过电子拉力计挂设于电缆拉伸试样放置架上，该电子拉力计的量程可以为5T。试验过程中，可以向不锈钢钢索的另一端施加负载，该负载的大小可以通过电子拉力计被精确的测量出来。
同时，由于测试样带的一端被施加了负载，该测试样带会发生形变。该微小的形变会导致悬垂线的位移。因此，本发明中设置的由尺子和指针陀螺组成的测量单元可以测量出悬垂线在测量平面上的位移，从而将其换算成测试样带的整体长度变化。另外，在测试过程中，为了保证获得的测试结果足够准确，应当通过手动葫芦向不锈钢钢索首先施加一个初始应力，该应力应当足够小，不会使得测试样带发生形变，但却能够保证试验样带被绷直。初始应力值可以根据实际情况确定。
图3-图9为利用本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法进行测试并获得的性能曲线。如图3-9所示，可以选择多种测试样带进行测试并比较，也可以针对不同环境参数的取值进行对比试验。
优选地，测试样带为一种超导电缆的铜衬芯或者一种超导电缆。
优选地，步骤1.2和1.3中的负载于0至8×107N/m2之间逐步递增或递减；并且，在负载逐步递增或逐步递减过程中，负载取值可以多于10个。
在逐渐施加负载和逐渐卸掉负载的过程中，可以最开始选择接近于0N/m2大小的负载，并且近似等间距地逐渐增加负载，且最大的负载取值可以位于8×107N/m2附近。为了保证步骤3中生成的应力应变曲线足够准确，且能够充分表征测试样带的拉伸性能，可以尽量多的选取负载取值，例如多于10个。
图3为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中常温下铜衬芯的应力应变曲线图。如图3所示，本实验可以先针对常温过程中的铜衬芯测试样带进行测试。可以取铜衬芯测试样带为10m长，可以对其进行精确测试，将精确度确定在毫米量级。例如，一实施例中，可以选用总长度为9600mm，半径为11mm的铜衬芯。并且，可以设置常温环境的温度为293K。图3中横坐标为测试样带的长度应变比率，纵坐标为负载大小，此时，逐渐增加负载值8×107N/m2左右后，再减小应力至0。图3中所示的loading曲线即为负载逐渐增加的过程，而unloading曲线即为负载逐渐减小的过程。
优选地，在常温下对测试样带进行多次测试以获取多条应力应变曲线。如图3所示，其中包括了两条loading曲线和unloading曲线，分别代表第一和第二次试验过程中的测试样带的应变。
图4为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中液氮环境下铜衬芯的应力应变曲线图。本发明中，可以在完成对该测试样带在常温下的测试后，向测试架的液氮槽中灌入液氮，并在灌入液氮的过程中保持试样的拉力不变。待试样完全冷却后，即环境温度处于稳定状态时，再开始测量测试样带的长度变化，此时通常环境温度为77K。为了实现良好的对比，在进行这一步骤的试验中，所选取的负载值的大小可以与常温过程中保持一致，并且记录测试样带的应变。
由于步骤1.1和步骤1.4中分别向测试样带施加了相同大小的初始压力，并且分别获得了悬垂线的初始位置，因此，可以经过比较获得铜衬芯从293K常温至77K液氮温度下的收缩率。该收缩率可以根据两次初始位置计算获取。
表1为本发明中铜衬芯收缩率表。如表1所示，此时，应力F为19766.6N，铜衬芯的原长为8518mm。此时，可以根据测试分别获得测试样带上B与C两点上常温和液氮环境下的初始位置，以及两种温度下初始位置的差值dB和dC。根据本发明中试验架的结构以及测量数据和实际长度变化之间的变比关系，可以计算出由于应力所导致的B与C两点上的测量位移的变化DB和DC。具体来说，本发明中的变比是指尺子与指尖陀螺中心点的距离与悬垂线与指尖陀螺中心点的距离之比。通过变比，可以根据尺子的读数获得悬垂线的实际位移。
另外，由于BC两点距离测试样带两端的距离相等，简化了计算，可以将DB和DC相加以获得测试样带总的长度变化，以及长度变化率δ，即铜衬芯的收缩率。本发明一实施例中计算得到的铜衬芯的收缩率δ/L为0.2765％。将其与铜的收缩率理论值0.3％进行比较。铜衬芯的收缩率比较小。造成以上实验结果的原因可能是由于铜衬芯经过绞合的缘故。即，铜衬芯与铜的收缩率差值是由铜衬芯的绞合结构造成的。
表1铜衬芯收缩率表
优选地，将测试样带的收缩率与铜的收缩率进行比较，以评价测试样带的拉伸性能。
图5为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中两种测试温度下铜衬芯的应力应变对比示意图。
图5将图3和图4合并对比，从图5中可以清楚地了解到，随着负载逐渐增加至最大，常温状态下的测试样带的长度应变比率增加至0.05％左右，而在液氮环境中，测试样带的长度应变比率仅增加至0.45％左右，液氮环境中的长度应变明显小于常温状态。即，当试验带材处于液氮低温环境时，其抵抗形变的能力相对更强。
优选地，基于常温下的一条或多条应力应变曲线，计算出测试样带在常温下的杨氏模量；基于液氮环境中的应力应变曲线，计算出测试样带在液氮环境中的杨氏模量；将常温下的杨氏模量、液氮环境中的杨氏模量与铜的杨氏模量进行比较，以评价测试样带的拉伸性能。
基于上文中所述的杨氏模量的计算公式，可以得到铜衬芯在不同温度下的杨氏模量。表2为本发明中不同环境温度下铜衬芯的杨氏模量。
如表2中内容所示，由于试验中对铜衬芯在常温条件下进行了两次试验，在液氮环境中进行了依次试验。因此，计算出的杨氏模量包括三个。第一次常温拉伸试验中，测得的杨氏模量为148.86GPa，第二次常温拉伸实验中，测得的杨氏模量为148.92GPa，液氮环境拉伸试验中，测得的杨氏模量为157GPa。根据上述数据可知，在两次常温293K拉伸试验过程中，尽管数据略有区别，但计算得到的杨氏模量几乎相等，均位于148GPa左右。而在液氮温度77K拉伸试验过程中，得到的杨氏模量为157GPa。上述结果表明，铜衬芯在两个不同温度下的杨氏模量均比铜的杨氏模量110GPa至128GPa要大。且77K液氮环境下的杨氏模量比293K常温环境下的杨氏模量大。
图6为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中常温下电力电缆的应力应变曲线图。图7为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中液氮环境下电力电缆的应力应变曲线图。图8为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中两种测试温度下电力电缆的应力应变对比示意图。图9为本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法中两种测试温度下电力电缆的应力应变对比的取样示意图。
可以理解的是，可以采用相同的方法获得超导电缆由常温至液氮环境下的收缩率。表3为本发明中超导电缆收缩率表。当初始应力分别为20001.8N和19874.4N时，测得的超导电缆的收缩率分别为0.2935％和0.2981％，均接近于铜的收缩率理论值0.3％。
表3超导电缆收缩率表
表4为铜衬芯与超导电缆的收缩率比较表。可以理解的是，铜衬芯与超导电缆的收缩率比较情况如表4所示。
表4铜衬芯与超导电缆的收缩率比较表
| 样品 | 收缩量(降温)(％) | 收缩量(回温)(％) |
| 铜衬芯 | 0.2765 | / |
| 超导电缆 | 0.2939 | 0.2981 |
优选地，在其余试验条件均相同的情况下，铜衬芯试验样带的收缩率小于超导电缆试验样带的收缩率与铜的收缩率。造成以上实验结果的原因可能在于超导电缆外部有超导带材及绝缘，因此使得铜衬芯相当于是在具有一定负载的情况下进行实验，而铜衬芯在实验过程中仅需在自身重力的作用下进行实验，因此可能会导致两者在收缩率上的差异。即，铜衬芯与超导电缆的收缩率差值是由超导电缆外部的超导带材及绝缘材料对铜衬芯施加了负载造成的。
另外，利用图6-图9中所示内容以及杨氏模量的计算公式，可以计算出超导电缆在常温293K和液氮环境77K中的杨氏模量。表5为超导电缆在不同温度下的杨氏模量表。
优选地，在其余试验条件均相同的情况下，超导电缆测试样带的杨氏模量大于铜衬芯的杨氏模量，且铜衬芯的杨氏模量大于铜的杨氏模量。造成以上实验结果的原因可能在于超导电缆外部有超导带材及绝缘，因此使得铜衬芯相当于是在具有一定负载的情况下进行实验，而铜衬芯在实验过程中仅需在自身重力的作用下进行实验，因此可能会导致两者在杨氏模量上的差异。
表5超导电缆在不同温度下的杨氏模量表
根据表5可知，超导电缆的杨氏模量的变化并不具有确定的趋势，其杨氏模量可能随温度的减少而升高，也可能随温度的减少而上升。其在常温293K下，杨氏模量取值在183.66GPa至218.82GPa，而在液氮温度77K下，其杨氏模量的取值在239.33GPa至199.35GPa之间，由于铜的杨氏模量通常位于110GPa至128GPa之间，因此超导电缆在两个温度下的杨氏模量均比铜的杨氏模量大。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种超导电缆拉伸性能的测试方法，能够将测试样带水平放置于试验架上，并对铜衬芯和超导电缆分别进行测试，以及获得在常温和液氮环境等不同情况下的拉伸性能，方法简单、仪器使用简便、成本低、测试准确。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，分别将测试样带置于常温和液氮环境中，并基于多个施加负载获得对应于所述多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置；
步骤2，基于所述测试样带分别在常温和液氮环境中的悬垂线初始位置，计算测试样带的收缩率；
所述悬垂线固定连接在指针陀螺的一个指针，所述指针陀螺上包括三个互相呈120度角的指针；
所述指针陀螺的中心固定于放置陀螺的平台上，以其固定的中心位置为轴进行自由旋转，
设置悬垂线与指针的固定点距离指针陀螺中心的长度成倍数的小于尺子和另一指针的交界点距离指针陀螺中心的长度；
步骤3，基于所述多个施加负载和所述对应于所述多个施加负载的悬垂线初始位置和悬垂线负载位置，模拟出测试样带的应力应变曲线；
步骤4，基于所述测试样带的应力应变曲线计算杨氏模量，并基于所述收缩率和杨氏模量评价测试样带的拉伸性能。
2.根据权利要求1中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于：
步骤1.1，将测试样带置于测试架中并绑定，施加初始压力以使得测试样带处于绷直状态，并测量悬垂线的初始位置；
步骤1.2，通过试验架向所述测试样带施加逐步递增的负载，并测量对应于逐步递增的负载时的悬垂线负载位置；
步骤1.3，通过试验架向所述测试样带逐步卸掉负载，并测量对应于逐步减小的负载时的悬垂线负载位置；
步骤1.4，向所述测试架中灌入液氮，并保持所述初始压力不变，待测试样带完全冷却后，测量悬垂线的液氮初始位置；
步骤1.5，重复步骤2和步骤3，测量所述测试样带在液氮环境中的悬垂线负载位置。
3.根据权利要求2中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于：
所述测试样带为一种超导电缆的铜衬芯或者一种超导电缆。
4.根据权利要求3中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于：
所述步骤1.1中将测试样带置于测试架中并绑定具体为：
将测试样带置于测试架中，一端与测试架端部固定，另一端与不锈钢钢索连接；
将第一和第二悬垂线绑定于所述测试样带的相应位置上；
通过手动葫芦向不锈钢钢索施加初始应力，以使得测试样带处于绷直状态。
5.根据权利要求4中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于：
所述步骤1.2和1.3中的所述负载于0至8×107N/m2之间逐步递增或递减；并且，
在所述负载逐步递增或逐步递减过程中，所述负载取值可以多于10个。
6.根据权利要求1中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于，所述步骤1中还包括：
在常温下对测试样带进行多次测试以获取多条应力应变曲线。
7.根据权利要求1中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于，所述步骤4中还包括：
将所述测试样带的收缩率与铜的收缩率进行比较，以评价测试样带的拉伸性能。
8.根据权利要求1中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于，所述步骤4中还包括：
基于常温下的一条或多条应力应变曲线，计算出测试样带在常温下的杨氏模量；
基于液氮环境中的应力应变曲线，计算出测试样带在液氮环境中的杨氏模量；
将所述常温下的杨氏模量、液氮环境中的杨氏模量与铜的杨氏模量进行比较，以评价测试样带的拉伸性能。
9.根据权利要求7中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于：
在其余试验条件均相同的情况下，铜衬芯试验样带的收缩率小于超导电缆试验样带的收缩率与铜的收缩率；并且，
所述铜衬芯与所述超导电缆的收缩率差值是由超导电缆外部的超导带材及绝缘材料对铜衬芯施加了负载造成的；
所述铜衬芯与铜的收缩率差值是由铜衬芯的绞合结构造成的。
10.根据权利要求8中所述的一种超导电缆拉伸性能的测试方法，其特征在于：
在其余试验条件均相同的情况下，所述超导电缆测试样带的杨氏模量大于所述铜衬芯的杨氏模量，且所述铜衬芯的杨氏模量大于铜的杨氏模量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110705300.XA CN113432980B (zh) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 一种超导电缆拉伸性能的测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110705300.XA CN113432980B (zh) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 一种超导电缆拉伸性能的测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113432980A CN113432980A (zh) | 2021-09-24 |
| CN113432980B true CN113432980B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=77754282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110705300.XA Active CN113432980B (zh) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | 一种超导电缆拉伸性能的测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113432980B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114414397A (zh) * | 2022-01-14 | 2022-04-29 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 一种接续金具低温机械性能测试用试验箱及其测试方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5907102A (en) * | 1997-04-15 | 1999-05-25 | Florida State University | System and method for performing tensile stress-strain and fatigue tests |
| CN101236125A (zh) * | 2008-03-04 | 2008-08-06 | 苏州东菱振动试验仪器有限公司 | 小幅直线运动的位移测量方法及其位移测量装置 |
| JP2011066309A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Kobe Steel Ltd | 超電導コイルおよびその運転方法 |
| CN202274878U (zh) * | 2011-10-21 | 2012-06-13 | 朱学新 | 一种太阳光影位移观测仪 |
| CN106371043A (zh) * | 2016-08-15 | 2017-02-01 | 富通集团有限公司 | 超导带材测试装置 |
| CN206867696U (zh) * | 2017-06-28 | 2018-01-12 | 吴联峰 | 一种带有集线及读卡功能的陀螺 |
| CN107638699A (zh) * | 2017-06-06 | 2018-01-30 | 东莞达稳轻工技术有限公司 | 一种指尖陀螺 |
| CN110530310A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-03 | 广西交通设计集团有限公司 | 一种深层位移监测装置及方法 |
| CN113009256A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-22 | 湖北大学 | 一种用于柔性薄膜性能测试的原位弯曲装置 |
-
2021
- 2021-06-24 CN CN202110705300.XA patent/CN113432980B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5907102A (en) * | 1997-04-15 | 1999-05-25 | Florida State University | System and method for performing tensile stress-strain and fatigue tests |
| CN101236125A (zh) * | 2008-03-04 | 2008-08-06 | 苏州东菱振动试验仪器有限公司 | 小幅直线运动的位移测量方法及其位移测量装置 |
| JP2011066309A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Kobe Steel Ltd | 超電導コイルおよびその運転方法 |
| CN202274878U (zh) * | 2011-10-21 | 2012-06-13 | 朱学新 | 一种太阳光影位移观测仪 |
| CN106371043A (zh) * | 2016-08-15 | 2017-02-01 | 富通集团有限公司 | 超导带材测试装置 |
| CN107638699A (zh) * | 2017-06-06 | 2018-01-30 | 东莞达稳轻工技术有限公司 | 一种指尖陀螺 |
| CN206867696U (zh) * | 2017-06-28 | 2018-01-12 | 吴联峰 | 一种带有集线及读卡功能的陀螺 |
| CN110530310A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-03 | 广西交通设计集团有限公司 | 一种深层位移监测装置及方法 |
| CN113009256A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-22 | 湖北大学 | 一种用于柔性薄膜性能测试的原位弯曲装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 三芯高温超导电缆室温及液氮温度机械性能研究;陆小虹;电线电缆;20210430(第2021年第2期);第15-18页 * |
| 高温超导电缆室温及液氮温度机械拉伸性能研究;黄逸佳;稀有金属材料与工程;20201130;第49卷(第11期);第3870-3874页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113432980A (zh) | 2021-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103033314B (zh) | 船模波浪载荷试验用测量梁的扭矩标定方法 | |
| CN113432980B (zh) | 一种超导电缆拉伸性能的测试方法 | |
| CN113310650B (zh) | 基于系梁挠度的拱桥吊索损伤识别方法、终端及存储介质 | |
| CN107300432A (zh) | 一种用于实现现场自适应索力测量的方法和装置 | |
| CN107908806B (zh) | 一种输电线路单档导线张力变化模拟计算方法及模拟试验装置 | |
| Goliger et al. | Sensitivity of the CAARC standard building model to geometric scale and turbulence | |
| DE2118015C3 (de) | Verfahren zur Widerstandsmessung an elektrischen Leitern | |
| CN110186489B (zh) | 一种海底电缆温度应力岸上模拟实验装置及方法 | |
| CN215894210U (zh) | 一种超导电缆拉伸性能的测试架 | |
| CN115790969B (zh) | 一种用于测力平台的标定机构及标定方法 | |
| CN1034609C (zh) | 一种完全温度补偿的地应力测量方法和装置 | |
| CN109579665A (zh) | 金属带铠装间隙测量方法 | |
| CN102141369A (zh) | 电阻式混凝土磨蚀传感器及其测量方法 | |
| CN107589300A (zh) | 一种线路阻抗检测方法、系统、装置与可读存储介质 | |
| CN208333834U (zh) | 一种栏杆推力的现场试验系统 | |
| CN106908207A (zh) | 一种桥梁静载试验挠度测量装置及方法 | |
| CN106353643A (zh) | 电阻比例电缆故障测试仪 | |
| CN111238391A (zh) | 一种蠕变应变直接测量装置 | |
| CN113108889B (zh) | 秤体性能评估方法 | |
| CN201607488U (zh) | 一种超高压输电线路的直流电阻测量装置 | |
| CN108562430B (zh) | 一种栏杆推力的现场试验系统和方法 | |
| CN108917997B (zh) | 一种适用于狭小空间的连接部件应力检测系统 | |
| CN114397199B (zh) | 一种桩体抗扭转性能的测试方法 | |
| CN107388953A (zh) | 一种金属表面涂层厚度测试仪 | |
| CN218443712U (zh) | 一种钢筋的长度、重量一体测量装置 |
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 |