CN114894645A - 一种海水疲劳循环模拟试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海水疲劳循环模拟试验装置，包括循环压力舱缸体和试验舱缸体，分别通过上端盖密封，侧边通过连接管柱连通，所述连接管柱内设导压杆，导压杆两端延伸至循环压力舱缸体和试验舱缸体内，分别连接有受压块和导压块，所述受压块和导压块的侧边与循环压力舱缸体和试验舱缸体内表面通过第一密封垫密封，所述试验腔表面贴覆防腐板，所述循环压力舱缸体上端盖上设有高压入水管、出水管及泄压针阀，所述试验舱缸体上端盖上设有输水管、压力传感器及泄压针阀，还包括控制系统。本发明能施加循环压力、并能保压，方便制造、运输、安置和使用，密封性好，噪音小，更加符合海水疲劳循环模拟试验。
Description
技术领域
本发明涉及海洋装备领域，尤其涉及一种海水疲劳循环模拟试验装置及试验方法。
背景技术
随着科学技术的日渐进步，人类对于海洋资源的探索开发需求日益强烈，对海洋的探测基于深海装备的研究与发展，因此，模拟海洋环境试验设备的研发工作十分重要。海洋环境模拟试验设备，可以有效降低海洋装备研发费用和周期。
目前，在水压环境模拟试验设备领域中，试验装置存在以下不足：
(1)水压施压过程中，被测试件多为静压破坏，与海工设备在实际使用时所受的压力环境有较大差异；
(2)水压模拟试验设备多采用无较大腐蚀性的水作为介质，忽视了实际海水对金属容器的腐蚀性；
(3)水压模拟试验的加载均为静载荷，没有考虑循环载荷的多样性，例如三角波、正弦波、梯形波等等；
(4)由于试验舱室较大，没有考虑安装、操作和维护的方便性。
发明内容
发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明第一目的是公开了一种海水疲劳循环模拟试验装置，第二目的是公开采用上述试验装置的海水疲劳循环模拟试验方法。
技术方案：本发明所公开的海水疲劳循环模拟试验装置，包括循环压力舱缸体和试验舱缸体，分别通过上端盖密封，所述循环压力舱缸体和试验舱缸体侧边通过连接管柱连通，所述连接管柱内设导压杆，所述导压杆两端延伸至循环压力舱缸体和试验舱缸体内，并分别连接有受压块和导压块，所述受压块和导压块的侧边与循环压力舱缸体和试验舱缸体内表面通过第一密封垫密封，所述受压块远离导压杆的一面与循环压力舱缸体内表面形成压力腔，所述导压块远离导压杆的一面与试验舱缸体内表面形成试验腔，所述试验腔表面贴覆防腐板，所述循环压力舱缸体上端盖上设有高压入水管、出水管及泄压针阀，所述试验舱缸体上端盖上设有输水管、压力传感器及泄压针阀；
还包括控制系统，所述控制系统包括空压机、驱动调压阀、驱动气压表、第一电磁阀、气液增压泵、水箱、第二电磁阀、压力变送器、节流阀、耐腐蚀泵及控制平台，所述空压机连接驱动调压阀，所述驱动气压表连接驱动调压阀和第一电磁阀，所述气液增压泵分别连接第一电磁阀、水箱及高压入水管，所述出水管连接水箱，之间设有第二电磁阀、压力变送器及节流阀，所述控制平台连接第一电磁阀、第二电磁阀、压力变送器、节流阀及耐腐蚀泵。
进一步的，所述控制平台包含A/D转换器、工控机、D/A转换器、驱动器、示波器，其中驱动器与第一电磁阀、第二电磁阀、节流阀相连接，A/D转换器与压力变送器、压力传感器相连接，可以通过控制平台设置好预设压力P1、临界压力P0、循环施压次数n、单次保压时间t0、加压时间t1、卸荷时间t2，所设预设压力P1即为被测试件的疲劳循环受压的目标压力值。
进一步的，所述上端盖开设螺纹通孔，所述压入水管、出水管、泄压针阀、输水管及压力传感器通过螺纹通孔与上端盖连接。
进一步的，所述循环压力舱缸体和试验舱缸体与上端盖的密封结构一致；所述循环压力舱缸体的上开口为内凹边，所述上端盖的下表面为与该内凹边对应拼接的外凸面，该拼接处的不同面上均分别通过第二密封垫密封，所述上端盖上设有定位压紧块，所述循环压力舱缸体上边缘向上与定位压紧块配合，通过定位压紧销紧固。
进一步的，还包括龙门架，所述龙门架上设有两个垂直向下的气缸，所述气缸延伸端部连接上端盖，所述龙门架、循环压力舱缸体和试验舱缸体底部均设有万向轮。
一种海水疲劳循环模拟试验方法，采用上述的海水疲劳循环模拟试验装置，包括以下步骤：
S1、开启上端盖，将被测试件放入试验舱缸体内，盖上上端盖，打开上端盖上的泄压针阀至上端盖紧抵试验舱缸体形成密封；开启耐腐蚀泵向试验舱缸体内输入试验液体，同时排出试验舱的空气，空气排尽后先后关闭耐腐蚀泵和泄压针阀；
S2、通过控制平台设置好预设压力P1、临界压力P0、循环施压次数n、单次保压时间t0、加压时间t1、卸荷时间t2，所设预设压力P1即为被测试件的疲劳循环受压的目标压力值，打开空压机，调节驱动调压阀，观察驱动气压表数值保证输入气体压力大小为所需值，启动控制平台；
S3、控制平台控制第一电磁阀电磁线圈通电，气体输入气液增压泵中，通过气液增压泵将水箱中的水注入循环压力舱缸体中，循环压力舱内的压力逐渐上升，压力通过受压块，经导压杆、导压块导入试验舱中，试验舱内的实时压力通过压力传感器输出到控制平台上；
S4、试验舱压力增大到预设压力P1，控制平台控制第一电磁阀电磁线圈断电，液路断开，试验舱进入保压阶段；保压时间到达t0后，控制平台控制第二电磁阀打开，循环压力舱内的液体经出水管、节流阀、第二电磁阀流回水箱中；卸荷时间到达t2后，试验舱内的压力降到临界值P0，控制平台控制第二电磁阀关闭；
S5、重复步骤S3-S4，直到试验重复次数达到控制平台的循环施压次数n，结束试验，停止循环；试验结束，通过调节控制平台控制第二电磁阀打开，保持卸荷状态，当控制平台显示试验舱的实时压力为0时，控制平台控制第二电磁阀关闭，打开泄压针阀进行试验舱舱体内泄压，打开上端盖，取出被测试件进行观察。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：在试验舱设置防腐层，可对试件进行对应的腐蚀疲劳试验；试验舱的腐蚀性液体仅通过耐腐蚀泵，不经过其它的电气元件，有效的保护其它的金属零部件；在循环压力舱设有高压入水管来控制舱体内部的压力大小，压力环境稳定，调节方便，可实现压力循环疲劳环境；设有控制平台，该控制平台可实现对试件施加循环压力、保压的控制调节，可实现对实验的计时、计次、试验舱内实时压力的监控以及相关试验数据的记录与输出等功能。
附图说明
图1为本发明总结构图；
图2为本发明循环压力舱缸体和试验舱缸体剖视图；
图3为本发明循环压力舱缸体和试验舱缸体外部立体图；
图4为图2中A的局部放大图；
图5为本发明控制平台示意图；
图6为图2中B的局部放大图；
图7为图2中C的局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1-4所示的海水疲劳循环模拟试验装置，包括循环压力舱缸体1和试验舱缸体2，分别通过上端盖3密封，所述循环压力舱缸体1和试验舱缸体2侧边通过连接管柱4连通，所述连接管柱4内设导压杆5，所述导压杆5两端延伸至循环压力舱缸体1和试验舱缸体2内，并分别连接有受压块6和导压块7，所述受压块6和导压块7的侧边与循环压力舱缸体1和试验舱缸体2内表面通过第一密封垫8密封，所述受压块6远离导压杆5的一面与循环压力舱缸体1内表面形成压力腔，所述导压块7远离导压杆5的一面与试验舱缸体2内表面形成试验腔，所述试验腔表面贴覆防腐板9，所述防腐板材料选用聚四氟乙烯，该材料成本较低，耐海水腐蚀较好，所述循环压力舱缸体1上端盖上设有高压入水管10、出水管11及泄压针阀12，所述试验舱缸体2上端盖上设有输水管13、压力传感器14及泄压针阀12；
还包括控制系统，所述控制系统包括空压机15、驱动调压阀16、驱动气压表17、第一电磁阀18、气液增压泵19、水箱20、第二电磁阀21、压力变送器22、节流阀23、耐腐蚀泵24及控制平台25，所述空压机15连接驱动调压阀16，所述驱动气压表17连接驱动调压阀16和第一电磁阀18，所述气液增压泵19分别连接第一电磁阀18、水箱20及高压入水管10，所述出水管11连接水箱20，之间设有第二电磁阀21、压力变送器22及节流阀23，所述控制平台25连接第一电磁阀18、第二电磁阀21、压力变送器22、节流阀23及耐腐蚀泵24。
如图5所示，所述控制平台25包含A/D转换器2501、工控机2502、D/A转换器2503、驱动器2504、示波器2505，其中驱动器2504与第一电磁阀18、第二电磁阀21、节流阀23相连接，A/D转换器2501与压力变送器22、压力传感器14相连接，可以通过控制平台25设置好预设压力P1、临界压力P0、循环施压次数n、单次保压时间t0、加压时间t1、卸荷时间t2，所设预设压力P1即为被测试件的疲劳循环受压的目标压力值。
具体来说，本发明主要施加的载荷是梯形波，其在控制平台25上所显示的曲线应符合如下公式，加压阶段：
保压阶段：P＝P1；卸荷阶段：
其中P1为预设压力，t0为保压时间，t1为加压时间，t2为卸荷时间，P为实时压力，t'为此次循环的起始时间，t为试验时间。
所述上端盖3开设螺纹通孔，所述高压入水管10、出水管11、泄压针阀12、输水管13及压力传感器14通过螺纹通孔与上端盖3连接。
所述循环压力舱缸体1和试验舱缸体2与上端盖3的密封结构一致；所述循环压力舱缸体1的上开口为内凹边，所述上端盖3的下表面为与该内凹边对应拼接的外凸面，自定位性好。
如图6和图7所示，该拼接处的不同面上均分别通过第二密封垫26密封，所述上端盖3上设有定位压紧块27，所述循环压力舱缸体1上边缘向上与定位压紧块27配合，通过定位压紧销28紧固。两种形式多重密封，密封效果好。
还包括龙门架29，所述龙门架29上设有两个垂直向下的气缸31，所述气缸31延伸端部连接上端盖3，所述龙门架29、循环压力舱缸体1和试验舱缸体2底部均设有万向轮30。
采用上述的海水疲劳循环模拟试验装置，进行海水疲劳循环模拟试验方法包括以下步骤：
S1、开启上端盖3，将被测试件放入试验舱缸体1内，盖上上端盖3，打开上端盖3上的泄压针阀12至上端盖3紧抵试验舱缸体1形成密封；开启耐腐蚀泵24向试验舱缸体2内输入试验液体，同时排出试验舱的空气，空气排尽后先后关闭耐腐蚀泵24和泄压针阀12；
S2、通过控制平台25设置好预设压力P1、临界压力P0、循环施压次数n、单次保压时间t0、加压时间t1、卸荷时间t2，所设预设压力P1即为被测试件的疲劳循环受压的目标压力值，打开空压机15，调节驱动调压阀16，观察驱动气压表17数值保证输入气体压力大小为所需值，启动控制平台25；
S3、控制平台25控制第一电磁阀18电磁线圈通电，气体输入气液增压泵19中，通过气液增压泵19将水箱20中的水注入循环压力舱缸体1中，循环压力舱内的压力逐渐上升，压力通过受压块6，经导压杆5、导压块7导入试验舱中，试验舱内的实时压力通过压力传感器14输出到控制平台25上；
S4、试验舱压力增大到预设压力P1，控制平台25控制第一电磁阀18电磁线圈断电，液路断开，试验舱进入保压阶段；保压时间到达t0后，控制平台25控制第二电磁阀21打开，循环压力舱内的液体经出水管11、节流阀23、第二电磁阀21流回水箱20中；卸荷时间到达t2后，试验舱内的压力降到临界值P0，控制平台25控制第二电磁阀21关闭；
S5、重复步骤S3-S4，直到试验重复次数达到控制平台25的循环施压次数n，结束试验，停止循环；试验结束，通过调节控制平台25控制第二电磁阀21打开，保持卸荷状态，当控制平台25显示试验舱的实时压力为0时，控制平台25控制第二电磁阀21关闭，打开泄压针阀12进行试验舱舱体内泄压，打开上端盖3，取出被测试件进行观察。
Claims (6)
1.一种海水疲劳循环模拟试验装置，其特征在于：包括循环压力舱缸体(1)和试验舱缸体(2)，分别通过上端盖(3)密封，所述循环压力舱缸体(1)和试验舱缸体(2)侧边通过连接管柱(4)连通，所述连接管柱(4)内设导压杆(5)，所述导压杆(5)两端延伸至循环压力舱缸体(1)和试验舱缸体(2)内，并分别连接有受压块(6)和导压块(7)，所述受压块(6)和导压块(7)的侧边与循环压力舱缸体(1)和试验舱缸体(2)内表面通过第一密封垫(8)密封，所述受压块(6)远离导压杆(5)的一面与循环压力舱缸体(1)内表面形成压力腔，所述导压块(7)远离导压杆(5)的一面与试验舱缸体(2)内表面形成试验腔，所述试验腔表面贴覆防腐板(9)，所述循环压力舱缸体(1)上端盖上设有高压入水管(10)、出水管(11)及泄压针阀(12)，所述试验舱缸体(2)上端盖上设有输水管(13)、压力传感器(14)及泄压针阀(12)；
还包括控制系统，所述控制系统包括空压机(15)、驱动调压阀(16)、驱动气压表(17)、第一电磁阀(18)、气液增压泵(19)、水箱(20)、第二电磁阀(21)、压力变送器(22)、节流阀(23)、耐腐蚀泵(24)及控制平台(25)，所述空压机(15)连接驱动调压阀(16)，所述驱动气压表(17)连接驱动调压阀(16)和第一电磁阀(18)，所述气液增压泵(19)分别连接第一电磁阀(18)、水箱(20)及高压入水管(10)，所述出水管(11)连接水箱(20)，之间设有第二电磁阀(21)、压力变送器(22)及节流阀(23)，所述控制平台(25)连接第一电磁阀(18)、第二电磁阀(21)、压力变送器(22)、节流阀(23)及耐腐蚀泵(24)。
2.根据权利要求1所述的海水疲劳循环模拟试验装置，其特征在于：所述控制平台(25)包含A/D转换器(2501)、工控机(2502)、D/A转换器(2503)、驱动器(2504)、示波器(2505)，其中驱动器(2504)与第一电磁阀(18)、第二电磁阀(21)、节流阀(23)相连接，A/D转换器(2501)与压力变送器(22)、压力传感器(14)相连接，可以通过控制平台(25)设置好预设压力P1、临界压力P0、循环施压次数n、单次保压时间t0、加压时间t1、卸荷时间t2，所设预设压力P1即为被测试件的疲劳循环受压的目标压力值。
3.根据权利要求1所述的海水疲劳循环模拟试验装置，其特征在于：所述上端盖(3)开设螺纹通孔，所述高压入水管(10)、出水管(11)、泄压针阀(12)、输水管(13)及压力传感器(14)通过螺纹通孔与上端盖(3)连接。
4.根据权利要求1所述的海水疲劳循环模拟试验装置，其特征在于：所述循环压力舱缸体(1)和试验舱缸体(2)与上端盖(3)的密封结构一致；所述循环压力舱缸体(1)的上开口为内凹边，所述上端盖(3)的下表面为与该内凹边对应拼接的外凸面，该拼接处的不同面上均分别通过第二密封垫(26)密封，所述上端盖(3)上设有定位压紧块(27)，所述循环压力舱缸体(1)上边缘向上与定位压紧块(27)配合，通过定位压紧销(28)紧固。
5.根据权利要求1所述的海水疲劳循环模拟试验装置，其特征在于：还包括龙门架(29)，所述龙门架(29)上设有两个垂直向下的气缸(31)，所述气缸(31)延伸端部连接上端盖(3)，所述龙门架(29)、循环压力舱缸体(1)和试验舱缸体(2)底部均设有万向轮(30)。
6.一种海水疲劳循环模拟试验方法，其特征在于，采用权利要求1所述的海水疲劳循环模拟试验装置，包括以下步骤：
S1、开启上端盖(3)，将被测试件放入试验舱缸体(1)内，盖上上端盖(3)，打开上端盖(3)上的泄压针阀(12)至上端盖(3)紧抵试验舱缸体(1)形成密封；开启耐腐蚀泵(24)向试验舱缸体(2)内输入试验液体，同时排出试验舱的空气，空气排尽后先后关闭耐腐蚀泵(24)和泄压针阀(12)；
S2、通过控制平台(25)设置好预设压力P1、临界压力P0、循环施压次数n、单次保压时间t0、加压时间t1、卸荷时间t2，所设预设压力P1即为被测试件的疲劳循环受压的目标压力值，打开空压机(15)，调节驱动调压阀(16)，观察驱动气压表(17)数值保证输入气体压力大小为所需值，启动控制平台(25)；
S3、控制平台(25)控制第一电磁阀(18)电磁线圈通电，气体输入气液增压泵(19)中，通过气液增压泵(19)将水箱(20)中的水注入循环压力舱缸体(1)中，循环压力舱内的压力逐渐上升，压力通过受压块(6)，经导压杆(5)、导压块(7)导入试验舱中，试验舱内的实时压力通过压力传感器(14)输出到控制平台(25)上；
S4、试验舱压力增大到预设压力P1，控制平台(25)控制第一电磁阀(18)电磁线圈断电，液路断开，试验舱进入保压阶段；保压时间到达t0后，控制平台(25)控制第二电磁阀(21)打开，循环压力舱内的液体经出水管(11)、节流阀(23)、第二电磁阀(21)流回水箱(20)中；卸荷时间到达t2后，试验舱内的压力降到临界值P0，控制平台(25)控制第二电磁阀(21)关闭；
S5、重复步骤S3-S4，直到试验重复次数达到控制平台(25)的循环施压次数n，结束试验，停止循环；试验结束，通过调节控制平台(25)控制第二电磁阀(21)打开，保持卸荷状态，当控制平台(25)显示试验舱的实时压力为0时，控制平台(25)控制第二电磁阀(21)关闭，打开泄压针阀(12)进行试验舱舱体内泄压，打开上端盖(3)，取出被测试件进行观察。
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