[发明专利]双向液压扩径式管道断裂模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种双向液压扩径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、进油管、DIC测试系统；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；管道支撑系统对实验管段的两端进行支撑；管道扩撑系统位于实验管段内，进油管进油为管道扩撑系统提供液压动力；管道扩撑系统对实验管段进行扩撑，预制裂纹双向扩展；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；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是右上橡胶圈、右上金属圈，右下卡圈由内向外依次是右下橡胶圈、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；

管道扩撑系统，包括：第一管道扩撑系统、第二管道扩撑系统、分流管；第一管道扩撑系统、第二管道扩撑系统相对于实验管段径向中面完全对称；

第一管道扩撑系统，包括：四块第一扇形块、左第一级伸缩杆、左第二级伸缩杆、第一液压缸主体；四块第一扇形块结构完全相同，四块第一扇形块组合形成圆柱壳，圆柱壳的外壁与实验管段内壁面接触；四块第一扇形块的内壁中心均与四根左第一级伸缩杆外端连接；左第一级伸缩杆、左第二级伸缩杆、第一液压缸主体沿轴向依次相互配合；左第一级伸缩杆、左第二级伸缩杆沿周向均布；

第二管道扩撑系统包括：四块第二扇形块、右第一级伸缩杆、右第二级伸缩杆、第二液压缸主体；四块第二扇形块结构完全相同，四块第二扇形块组合形成圆柱壳，圆柱壳的外壁与实验管段内壁面接触；四块第二扇形块的内壁中心均与四根右第一级伸缩杆外端连接；右第一级伸缩杆、右第二级伸缩杆、第二液压缸主体沿轴向依次相互配合；右第一级伸缩杆、右第二级伸缩杆沿周向均布；

第一管道扩撑系统、第二管道扩撑系统由分流管相连，分流管中部连接进油管，由进油管进油，分流管将动力油分流到第一管道扩撑系统、第二管道扩撑系统中，分别为管道扩撑系统、管道扩撑系统提供液压动力；

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。

2.一种管道断裂模拟实验的实验方法，采用权利要求1所述双向液压扩径式管道断裂模拟实验装置，其特征在于，包括下述步骤：

(1)、将含有预制裂纹的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分别与左下卡圈的左端，右下卡圈的右端对齐；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；将相连的管道扩撑系统、管道扩撑系统放置于实验管段中，将进油管与分流管连接；

(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)、实验过程中，进油管进油，通过分流管分别为第一管道扩撑系统、第二管道扩撑系统提供液压动力；进入第一液压缸主体、第二液压缸主体的液体分别推动左第二级伸缩杆、右第二级伸缩杆沿径向向外运动；然后进入左第二级伸缩杆、右第二级伸缩杆中的液体分别推动左第一级伸缩杆、右第一级伸缩杆沿径向向外运动；第一扇形块、第二扇形块分别因为左第一级伸缩杆、右第一级伸缩杆的挤压沿径向同时向外缓慢扩展，预制裂纹的左右两端因为第一扇形块、第二扇形块的扩张运动也开始缓慢扩展；通过控制进油速度，可控制伸缩杆的运动速度，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上，计算机进行相应的后处理。