[发明专利]压力膨胀式管道断裂模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种压力膨胀式管道断裂模拟实验装置，包括：管道支撑系统、管道扩撑系统、动力系统、DIC测试系统；管道支撑系统对实验管段的两端进行支撑；实验管段的侧壁开设有轴向穿透预制裂纹，预制裂纹关于实验管段的轴向中面对称；管道扩撑系统位于实验管段的中部，对实验管段施加膨胀压力，导致预制裂纹扩展；动力系统为管道扩撑系统提供压力动力；DIC测试系统对实验管段的断裂过程进行实时观测；其特征在于：

管道支撑系统，包括：左上卡圈、左下卡圈、右上卡圈、右下卡圈、第一橡胶卡圈、第二橡胶卡圈；左上卡圈、左下卡圈位于实验管段的左端，左上卡圈由内向外依次为左上橡胶圈、左上金属圈，左下卡圈由内向外依次为左下橡胶圈、左下金属圈；左上卡圈、左下卡圈通过螺栓将实验管段的左端固定；右上卡圈、右下卡圈位于实验管段的右端，右上卡圈由内向外依次为右上橡胶圈、右上金属圈，右下卡圈由内向外依次为右下橡胶圈、右下金属圈；右上卡圈、右下卡圈通过螺栓将实验管段的右端固定；左上卡圈、左下卡圈与右上卡圈、右下卡圈相对于实验管段径向中面完全对称；第一橡胶卡圈、第二橡胶卡圈分别安装于管道扩撑系统的左右两端，通过螺钉固定于实验管段的内壁上；

管道扩撑系统，包括：气囊、输出管、输入管、第一阀门、第二阀门；气囊关于实验管段的轴向中面左右对称，气囊的左端安装输入管，气囊的右端安装输出管，在气囊与输入管和输出管之间分别安装有第一阀门、第二阀门；第一橡胶卡圈、第二橡胶卡圈分别安装于气囊的左右两端，通过螺钉固定于实验管段的内壁上；

DIC测试系统，包括：计算机、光源、图像采集器；光源对称放置在实验管段预制裂纹的上下两侧，图像采集器安置在预制裂纹正前侧，图像采集器可以完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器与计算机相连，通过图像采集器采集的信息可以传输到计算机中，并做分析计算。

2.根据权利要求1所述的压力膨胀式管道断裂模拟实验装置，其特征在于，压力膨胀式管道断裂模拟实验装置为水压力膨胀式管道断裂模拟实验装置，动力系统包括：充水机、抽水机；充水机通过输入管与气囊相连提供水压；抽水机通过输出管与气囊相连排出液体。

3.根据权利要求1所述的压力膨胀式管道断裂模拟实验装置，其特征在于，压力膨胀式管道断裂模拟实验装置为气压力膨胀式管道断裂模拟实验装置，动力系统包括：充气机、抽气机；充气机通过输入管与气囊相连提供气压；抽气机通过输出管与气囊相连排出气体。

4.一种管道断裂模拟实验的实验方法，采用权利要求2所述压力膨胀式管道断裂模拟实验装置，其特征在于，包括下述步骤：

(1)、将实验管段放置在左下卡圈、右下卡圈上，实验管段的左右两端与分别与左下卡圈的左端、右下卡圈右端对齐；将左上卡圈、右上卡圈分别对齐左下卡圈、右下卡圈放置在实验管段上，同时用螺母、螺钉固定；然后将管道扩撑系统放入含有预制裂纹的实验管段中，调整气囊的左右对称面与实验管段的轴向中面重合；

(2)、将光源对称放置在实验管段预制裂纹的上下两侧，保证光源的照射范围能够覆盖预制裂纹，然后将图像采集器安置在预制裂纹的正前侧，使图像采集器可以完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器与计算机相连，完成DIC测试系统的安装；

(3)、打开第一阀门，关闭第二阀门，分别将充水机、抽水机与输入管、输出管相连，实验过程中，打开充水机，气囊中缓慢充水，预制裂纹的左右两端因为气囊的扩张开始缓慢扩展，通过控制进水速度，可控制气囊的扩张速度，进而可控制预制裂纹的扩展速度；图像采集器记录裂纹扩展全过程并传输到相连的计算机中；计算机进行相应的后处理；实验结束后，关闭第一阀门，打开第二阀门，打开抽水机，利用抽水机将气囊中的水排出。

5.一种管道断裂模拟实验的实验方法，采用权利要求3所述压力膨胀式管道断裂模拟实验装置，其特征在于，包括下述步骤：

(1)、将实验管段放置在左下卡圈、右下卡圈上，实验管段的左右两端与分别与左下卡圈的左端、右下卡圈右端对齐；将左上卡圈、右上卡圈分别对齐左下卡圈、右下卡圈放置在实验管段上，同时用螺母、螺钉固定；然后将管道扩撑系统放入含有预制裂纹的实验管段中，调整气囊的左右对称面与实验管段的轴向中面重合；

(2)、将光源对称放置在实验管段预制裂纹的上下两侧，保证光源的照射范围能够覆盖预制裂纹，然后将图像采集器安置在预制裂纹的正前侧，使图像采集器可以完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器与计算机相连，完成DIC测试系统的安装；

(3)、打开第一阀门，关闭第二阀门，分别将充气机、抽气机与输入管、输出管相连，实验过程中，打开充气机，气囊中缓慢充气，预制裂纹的左右两端因为气囊的扩张开始缓慢扩展，通过控制进气速度，可控制气囊的扩张速度，进而可控制预制裂纹的扩展速度；图像采集器记录裂纹扩展全过程并传输到相连的计算机中；计算机进行相应的后处理；实验结束后，关闭第一阀门，打开第二阀门，打开抽气机，利用抽气机将气囊中的气体排出。