[发明专利]压力膨胀式管道断裂模拟实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及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。相对于现有技术，本发明所采用压力驱动装置，降低工作风险，减少成本；实验过程中，通过控制气囊的膨胀速度，可以控制裂纹的扩展速度，保证所得数据的精确性；气囊拥有足够长的长度，膨胀过程中与管壁均匀接触，保证实验过程裂纹稳定扩展。

技术领域

本发明属于管道设计制造领域，具体地，涉及一种压力膨胀式管道断裂模拟实验装置及实验方法。

背景技术

管道断裂实验在确定管道断裂特性方面有重要的应用，现阶段的管道断裂实验可分为小型的实验室实验、大型的实验室实验和实际的结构实验。小型的实验室实验包括：三点弯曲试验、紧凑拉伸试验和落锤试验等，小型的实验室实验采用小试件研究断裂特性，管材试件与实际管道存在尺寸误差、约束误差等，影响对管道断裂特性的判断认识；大型的实验室实验如宽板试验，对实验机的加载能力要求极高，所需成本较高；实际的结构实验如全尺寸爆破试验，全尺寸爆破试验耗费极大的人力、物力，且实验过程有极大的危险性。为解决上述问题，亟需设计一种专用的在管道上进行管道断裂实验的实验装置。

发明内容

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种直接在管段上进行断裂模拟实验的装置和实验方法，运用该装置可以实现在管段上安全的进行断裂实验，并且可以实时观测裂纹扩展情况，以解决常规管道断裂实验试件制备困难、误差较大、成本过高、危险性较大等难题，且结构简单，使用方便。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

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。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

(1)、实验试样采用全尺寸管道试样，直接从管道上截取，减小尺寸误差、约束误差等，保证数据的可靠性。

(2)、实验采用压力驱动装置，降低工作风险，减少成本。

(3)、实验过程中，通过控制气囊的膨胀速度，可以控制裂纹的扩展速度，保证所得数据的精确性。

(4)、气囊拥有足够长的长度，膨胀过程中与管壁均匀接触，保证实验过程裂纹稳定扩展。

(5)、运用DIC测试装置实时观测裂纹扩展情况，方便获取所需数据。

附图说明

图1是水压力膨胀式管道断裂模拟实验装置正视示意图。

图2是水压力膨胀式管道断裂模拟实验装置实验过程中正视示意图。

图3是图1的径向的半剖示意图。

图4是图2的径向的半剖示意图。

图5是气压力膨胀式管道断裂实验装置正视示意图。

图6是气压力膨胀式管道断裂模拟实验装置实验过程中正视示意图。

图7是图5的径向半剖示意图。

图8是图6的径向半剖示意图。