CN211013481U - 一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其包括台架底板及多个夹紧组件，夹紧组件包括支撑件及管夹组件，管夹组件包括上管夹、下管夹及管夹架，上管夹和下管夹通过紧固件连接形成具有中心孔的管夹组，管夹组与管夹架相转动连接，相对设置两个管夹组中心孔之间设有管道；夹紧组件具有初始状态和振动状态，当处于初始状态时，管道轴心与两个相对设置的中心孔圆心均同轴；当处于振动状态时，两个相对设置的中心孔圆心不同轴，且管道的轴心与两个相对设置的中心孔的圆心均不同轴。本实用新型提供的试验台架，结合振动系统激起管道共振，产生引起管道疲劳的交变应力，多根管道同时测试以获取管道在同一水平振动载荷下的疲劳寿命。

Description

一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架

技术领域

本实用新型涉及材料与结构疲劳试验领域，尤其涉及一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架。

背景技术

核电站系统小尺寸管道振动疲劳断裂事故频繁发生，对小尺寸管道进行振动情况普查，发现存在大量该类管道薄弱点的交变应力幅值超过标准中疲劳极限值。对于超标管线，需要进一步评估其疲劳寿命。而疲劳寿命评估过程中使用的S-N曲线取自ASME或RCCM等标准，是基于光滑圆棒试样低频疲劳试验获得的，与实际管道结构存在较大差异，且工程实践表明采用标准中的S-N曲线具有较大保守裕度，寿命评估值远远小于小尺寸管道的实际寿命。因此需要获取真实小尺寸管道的S-N曲线。使用现有的标准疲劳试验机获取真实小尺寸管道的S-N曲线存在如下问题：(1)可用于管道疲劳性能试验的一般为拉压疲劳试验机或弯曲疲劳试验机，并非在振动载荷情况下获取管道的S-N曲线；(2)可用于管道疲劳试验的标准疲劳试验机的试验频率往往不超过20Hz，且一次只能测试一根管道试样，效率太低。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，结合振动台的正弦振动载荷，可快速进行管道在振动载荷环境下的疲劳寿命测试，所述技术方案如下：

本实用新型提供了一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其包括台架底板及分别设置在所述台架底板两边的多个夹紧组件，设置在所述台架底板两边的多个夹紧组件一一对应设置，每一个夹紧组件包括设置在台架底板上的支撑件及设置在所述支撑件至少一侧的一个或多个管夹组件，

所述管夹组件包括上管夹、下管夹以及固定设置在所述支撑件侧壁的管夹架，所述上管夹和下管夹通过至少两个紧固件连接形成具有中心孔的管夹组，所述管夹组与管夹架相转动连接，相对设置的两个夹紧组件的管夹组的中心孔之间设置有待检测的管道；

所述夹紧组件具有初始状态和振动状态，当所述夹紧组件处于初始状态时，所述待检测的管道的轴心与两个相对设置的所述中心孔的圆心均同轴；当所述夹紧组件处于振动状态时，两个相对设置的所述中心孔的圆心不同轴，且所述待检测的管道的轴心与两个相对设置的所述中心孔的圆心均不同轴。

进一步地，所述试验台架还包括与所述待检测的管道配合的垫圈，所述垫圈为半圆环形结构，所述垫圈由橡胶或塑料材质制成。

进一步地，所述管夹架包括一体成型的第一架体、连接部和第二架体，所述第一架体和第二架体相对设置，所述第一架体和第二架体之间具有与所述管夹组配合的中空结构。

进一步地，所述管夹架与所述上管夹和下管夹均通过转动轴件连接，使得所述管夹组相对转动轴件能够转动预设的夹角；所述管夹架与所述上管夹和下管夹上均设置有与所述转动轴件配合的通孔。

进一步地，所述上管夹和下管夹上均设置有与所述紧固件配合的安装孔，所述紧固件包括第一紧固件和第二紧固件，所述上管夹和下管夹的相同一侧通过第一紧固件连接，所述第一紧固件为转动销，所述上管夹和下管夹能够相对第一紧固件转动，所述第一紧固件的延伸方向与所述中心孔的圆心方向平行；所述上管夹和下管夹的另外相同一侧能够通过第二紧固件连接，所述第二紧固件为螺栓，所述第二紧固件的延伸方向与所述中心孔的圆心方向垂直设置。

进一步地，所述上管夹的左端或右端均设置有第一延伸部，所述下管夹上设置有与所述第一延伸部配合的凹陷部，所述第一延伸部和凹陷部上均设置有与所述第一紧固件配合的安装孔。

进一步地，所述上管夹和下管夹上设有与所述第一延伸部相对设置的第三延伸部，所述第三延伸部上设置有与所述第二紧固件配合的安装孔。

进一步地，所述上管夹和下管夹的上下两端均设置有第二延伸部，所述第二延伸部上设置有与所述转动轴件配合的通孔。

进一步地，所述支撑件的两侧分别设置有与所述支撑件垂直设置的支撑板。

进一步地，所述夹紧组件均匀分布在所述台架底板上；所述台架底板通过螺栓固定在振动系统的水平振动台上。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.本实用新型提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，结合振动系统激起管道共振，从而产生可引起管道疲劳的交变应力，多根管道同时测试以快速获取管道在同一水平振动载荷下的疲劳寿命；

b.本实用新型提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，管道安装于试验台架的中心孔圆心同轴的两个管夹组上，可在水平方向如简支梁一样弯曲，振动引起的应力最大点出现在管道中间位置，可避免管夹等其它结构约束引起的应力集中现象；通过在管道固有频率点进行激振，引起管道试样共振，获取足够的交变应力值；

c.该试验台架一次可实现多根管道的振动疲劳性能试验，提高试验效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架的立体图；

图2是本实用新型实施例提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架的管夹组件的立体图；

图3是本实用新型实施例提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架的管夹架的立体图；

图4是本实用新型实施例提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架的上管夹的立体图；

图5是本实用新型实施例提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架的下管夹的立体图；

图6是本实用新型实施例提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架的垫圈的立体图。

其中，附图标记包括：1-台架底板，2-支撑件，3-管夹组件，31-上管夹，32-下管夹，33-管夹架，331-第一架体，332-连接部，333-第二架体，34-转动轴件，35-通孔，36-安装孔，37-第三延伸部，38-第二延伸部，39-第一紧固件，40-第一延伸部，41-凹陷部，4-垫圈，5-中心孔，6-管道。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的一个实施例中，提供了一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，参见图1，所述试验台架包括台架底板1及分别设置在所述台架底板1两边的多个夹紧组件，设置在所述台架底板1两边的多个夹紧组件一一对应设置，具体地，如图1，一边为前向，一边为后向，前向设置多个夹紧组件，后向设置多个夹紧组件，前向设置的夹紧组件与后向设置的夹紧组件一一对应。前向设置的夹紧组件与对应的后向设置的夹紧组件之间设置有待试验的管道，管道可为小尺寸管道(小尺寸管道中间可包含焊缝结构)，小尺寸指外径为5mm至30mm。

所述夹紧组件的具体结构如下：参见图1，每一个夹紧组件包括设置在台架底板1上的支撑件2及设置在所述支撑件2至少一侧的一个或多个管夹组件3(根据待试验的管道数量设计管夹组件3的数量，若是一侧设置有多个管夹组件，则管夹组件上下相对设置)，所述管夹组件3包括上管夹31、下管夹32以及设置在所述支撑件2侧壁的管夹架33，参见图2，所述上管夹31和下管夹32通过至少两个紧固件连接形成具有中心孔5的管夹组，所述管夹组与管夹架33相转动连接，相对设置的两个夹紧组件的管夹组的中心孔5之间设置有待检测的管道6。设置在对应设置的夹紧组件上的管道6均相互平行设置。

所述夹紧组件具有初始状态和振动状态，当所述夹紧组件处于初始状态(初始安装后的状态，管夹组件3安装在支撑件2上，待检测的管道6设置在相对设置的两个夹紧组件的管夹组的中心孔5之间)时，所述待检测的管道6的轴心与两个相对设置的所述中心孔5的圆心(一侧的上管夹31与下管夹32配合形成中心孔，另一侧的上管夹31与下管夹32配合形成中心孔，管件均穿过两个中心孔)同轴；当所述夹紧组件处于振动状态(对管道6振动进行运行测试的状态)时，所述振动系统驱动所述待检测的管道6转动时，带动所述管夹组转动，以使得两个相对设置的所述中心孔5的圆心不同轴，且所述待检测的管道6的轴心与两个相对设置的中心孔5的圆心均不同轴。

所述管夹架33的具体结构如下：参见图3，所述管夹架33包括一体成型的第一架体331、连接部332和第二架体333，所述第一架体331和第二架体333相对设置，所述第一架体331和第二架体333之间具有与所述管夹组配合的中空结构。

所述管夹组的具体结构如下：参见图4和图5，所述上管夹31和下管夹32通过至少两个紧固件连接形成具有中心孔5的管夹组，所述上管夹31和下管夹32上均设置有与所述紧固件配合的安装孔36，所述紧固件包括第一紧固件39和第二紧固件，所述上管夹31和下管夹32的相同一侧通过第一紧固件39连接，具体地，所述上管夹31的左端或右端设置有第一延伸部40，所述下管夹32上设置有与所述第一延伸部40配合的凹陷部41，所述第一延伸部40和凹陷部41上均设置有与所述第一紧固件39配合的安装孔36，通过在安装孔36中设置所述第一紧固件39将所述上管夹31和下管夹32连接。所述第一紧固件39为转动销，所述上管夹31和下管夹32能够相对第一紧固件39转动，所述转动销的延伸方向与所述中心孔5的圆心方向平行。

所述上管夹31和下管夹32的另外相同一侧能够通过第二紧固件连接，具体地，所述上管夹31和下管夹32上设有与所述第一延伸部40相对设置的第三延伸部37，所述第三延伸部37上设置有与所述第二紧固件配合的安装孔36，若所述上管夹31的左端设置有第一延伸部40，则右端设置有第三延伸部；若所述上管夹31的左端设置有第三延伸部，则右端设置有第一延伸部40。所述第二紧固件为螺栓，所述第二紧固件的延伸方向与所述中心孔5的圆心方向垂直设置。当未安装第二紧固件时，所述上管夹31和下管夹32能够相对第一紧固件39转动，使得所述上管夹31和下管夹32靠近或远离，以方便放置管道6，待管道6端部放置在中心孔内，在另外一侧安装第二紧固件将所述上管夹31和下管夹32固定连接，然后再与对应的管夹架33连接。

所述管夹架33与所述上管夹31和下管夹32的连接关系如下：所述管夹架33与所述上管夹31和下管夹32均通过转动轴件34连接，所述管夹架33与所述上管夹31和下管夹32上均设置有与所述转动轴件34配合的通孔35，具体地，所述上管夹31和下管夹32的上下两端均设置有第二延伸部，所述第二延伸部38上设置有所述转动轴件34配合的通孔35，通过在通孔35中安装转动轴件34，将所述管夹架33与所述上管夹31和下管夹32连接。所述管夹组能够相对转动轴件34转动预设的夹角，所述夹角小于等于45度，之所以要转动，是因为在振动测试时，要实现管道6中间位置受力最大，当管道6晃动时，带动所述管夹组转动预设夹角(夹角小于45度，优选为45度)，所述待检测的管道6的轴心与所述中心孔5的圆心不同轴，此时，管道试样在水平方向形成简支梁结构，可使得最大弯曲应力出现在管道中间位置，以快速获取管道在振动载荷下的疲劳性能。

进一步地，所述试验台架还包括与所述待检测的管道6配合的垫圈4，参见图6，所述垫圈4为半圆环形结构，所述垫圈4由橡胶或塑料材质制成，所述垫圈4具体由聚四氟乙烯制成。当管道6穿入中心孔时，在管道6外套设橡胶材质制成的垫圈4，垫圈4均与所述上管夹31和下管夹32的内侧壁接触，垫圈4的厚度较大，使此端的管夹组夹紧管道6，管道6不可轴向窜动。

所述支撑件2通过焊接或螺栓连接安装于试验台架底板上。所述支撑件2的两侧分别设置有与所述支撑件2垂直设置的支撑板，所述支撑板和所述支撑件2形成直U形结构，设置所述支撑板，便于安装夹紧组件。

多个所述夹紧组件均匀分布在台架底板1上，可同时对多个待测管道6进行测试，提高测试效率。所述台架底板1通过螺栓固定在振动系统的水平振动台上，振动系统为苏州东菱振动试验仪器有限公司生产的ES-20-320的振动系统，该振动台提供频率为2Hz-2000Hz，正弦试验最大激振力为20000N。

在本实用新型提供的一个实施案例中，管道试样的尺寸为：总长1000mm，被夹持段长800mm，外径16mm，壁厚3mm，管道材质为022Cr19Ni10。对该管道试样进行有限元分析，证实最大弯曲应力出现在管道中间部位。通过调整激振加速度，可以改变管道试样最大弯曲应力值，从而可以实现测量不同交变应力幅等级下的管道试样至断裂的循环次数，从而可以获取管道试样的S-N曲线。

本实用新型提供的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，结合振动系统激起管道共振，从而产生可引起管道疲劳的交变应力，多根管道同时测试以快速获取管道在同一水平振动载荷下的疲劳寿命(由于疲劳寿命分散性较大，同一应力等级下要测4～6根管道)，结合标准方法可快速获取管道完整S-N曲线(完整的S-N曲线需要4～5个不同应力等级下进行测试)；管道安装于该试验台架的中心孔圆心同轴的两个管夹组上，可在水平方向如简支梁一样弯曲，振动引起的应力最大点出现在管道中间位置，可避免管夹组等其它结构约束引起的应力集中现象；通过在管道固有频率点进行激振，引起管道共振，获取足够的交变应力值；该试验台架一次可实现多根管道的振动疲劳性能试验，提高试验效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，包括台架底板(1)及分别设置在所述台架底板(1)两边的多个夹紧组件，设置在所述台架底板(1)两边的多个夹紧组件一一对应设置，每一个夹紧组件包括设置在台架底板(1)上的支撑件(2)及设置在所述支撑件(2)至少一侧的一个或多个管夹组件(3)，

所述管夹组件(3)包括上管夹(31)、下管夹(32)以及固定设置在所述支撑件(2)侧壁的管夹架(33)，所述上管夹(31)和下管夹(32)通过至少两个紧固件连接形成具有中心孔(5)的管夹组，所述管夹组与管夹架(33)相转动连接，相对设置的两个夹紧组件的管夹组的中心孔(5)之间设置有待检测的管道(6)；

所述夹紧组件具有初始状态和振动状态，当所述夹紧组件处于初始状态时，所述待检测的管道(6)的轴心与两个相对设置的所述中心孔(5)的圆心均同轴；当所述夹紧组件处于振动状态时，两个相对设置的所述中心孔(5)的圆心不同轴，且所述待检测的管道(6)的轴心与两个相对设置的所述中心孔(5)的圆心均不同轴。

2.根据权利要求1所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述试验台架还包括与所述待检测的管道(6)配合的垫圈(4)，所述垫圈(4)为半圆环形结构，所述垫圈(4)由橡胶或塑料材质制成。

3.根据权利要求1所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述管夹架(33)包括一体成型的第一架体(331)、连接部(332)和第二架体(333)，所述第一架体(331)和第二架体(333)相对设置，所述第一架体(331)和第二架体(333)之间具有与所述管夹组配合的中空结构。

4.根据权利要求1所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述管夹架(33)与所述上管夹(31)和下管夹(32)均通过转动轴件(34)连接，使得所述管夹组相对转动轴件(34)能够转动预设的夹角；所述管夹架(33)与所述上管夹(31)和下管夹(32)上均设置有与所述转动轴件(34)配合的通孔(35)。

5.根据权利要求1所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述上管夹(31)和下管夹(32)上均设置有与所述紧固件配合的安装孔(36)，所述紧固件包括第一紧固件(39)和第二紧固件，所述上管夹(31)和下管夹(32)的相同一侧通过第一紧固件(39)连接，所述第一紧固件(39)为转动销，所述上管夹(31)和下管夹(32)能够相对第一紧固件(39)转动，所述第一紧固件(39)的延伸方向与所述中心孔(5)的圆心方向平行；

所述上管夹(31)和下管夹(32)的另外相同一侧能够通过第二紧固件连接，所述第二紧固件为螺栓，所述第二紧固件的延伸方向与所述中心孔(5)的圆心方向垂直设置。

6.根据权利要求5所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述上管夹(31)的左端或右端均设置有第一延伸部(40)，所述下管夹(32)上设置有与所述第一延伸部(40)配合的凹陷部(41)，所述第一延伸部(40)和凹陷部(41)上均设置有与所述第一紧固件(39)配合的安装孔(36)。

7.根据权利要求6所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述上管夹(31)和下管夹(32)上设有与所述第一延伸部(40)相对设置的第三延伸部(37)，所述第三延伸部(37)上设置有与所述第二紧固件配合的安装孔(36)。

8.根据权利要求4所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述上管夹(31)和下管夹(32)的上下两端均设置有第二延伸部(38)，所述第二延伸部(38)上设置有与所述转动轴件(34)配合的通孔(35)。

9.根据权利要求1所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述支撑件(2)的两侧分别设置有与所述支撑件(2)垂直设置的支撑板。

10.根据权利要求1所述的基于共振原理的管道振动疲劳性能试验台架，其特征在于，所述夹紧组件均匀分布在所述台架底板(1)上；所述台架底板(1)通过螺栓固定在振动系统的水平振动台上。

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