本發(fā)明屬于管道設計制造技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種雙向液壓擴徑式管道斷裂模擬實驗裝置及實驗方法。

背景技術(shù)：

管道斷裂實驗在確定管道斷裂特性方面有重要的應用，現(xiàn)階段的管道斷裂實驗可分為小型的實驗室實驗、大型的實驗室實驗和實際的結(jié)構(gòu)實驗。小型的實驗室實驗包括：三點彎曲試驗、緊湊拉伸試驗和落錘試驗等，小型的實驗室實驗采用小試件研究斷裂特性，管材試件與實際管道存在尺寸誤差、約束誤差等，影響對管道斷裂特性的判斷認識；大型的實驗室實驗如寬板試驗，對實驗機的加載能力要求極高，所需成本較高；實際的結(jié)構(gòu)實驗如全尺寸爆破試驗，全尺寸爆破試驗耗費極大的人力、物力，且實驗過程有極大的危險性。為解決上述問題，亟需設計一種專用的在管道上進行管道斷裂實驗的實驗裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種直接在管段上進行斷裂模擬實驗的裝置和實驗方法，運用該裝置可以實現(xiàn)在管段上安全的進行斷裂實驗，并且可以實時觀測裂紋擴展情況，以解決常規(guī)管道斷裂實驗試件制備困難、誤差較大、成本過高、危險性較大等難題，且結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案：

雙向液壓擴徑式管道斷裂模擬實驗裝置，包括：管道支撐系統(tǒng)、管道擴撐系統(tǒng)、進油管、dic測試系統(tǒng)；實驗管段的側(cè)壁開設有軸向穿透預制裂紋，預制裂紋關(guān)于實驗管段的軸向中面對稱；管道支撐系統(tǒng)對實驗管段的兩端進行支撐；管道擴撐系統(tǒng)位于實驗管段內(nèi)，進油管進油為管道擴撐系統(tǒng)提供液壓動力；管道擴撐系統(tǒng)對實驗管段進行擴撐，預制裂紋雙向擴展；dic測試系統(tǒng)對實驗管段的斷裂過程進行實時觀測。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)、實驗試樣采用全尺寸管道試樣，直接從管道上截取，減小尺寸誤差、約束誤差等，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

(2)、實驗采用液壓驅(qū)動裝置，降低工作風險，減少成本。

(3)、實驗過程中，通過控制伸縮桿的運動速度，可以控制扇形塊的張開速度，同時控制裂紋的擴展速度，保證所得數(shù)據(jù)的精確性。

(4)、扇形塊擁有足夠長的長度，擴展過程中與管壁均勻接觸，保證實驗過程裂紋穩(wěn)定擴展。

(5)、運用dic測試裝置實時觀測裂紋擴展情況，方便獲取所需數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是雙向液壓擴徑式管道斷裂模擬實驗裝置正視示意圖；

圖2是雙向液壓擴徑式管道斷裂模擬實驗裝置實驗過程中正視示意圖；

圖3是圖1的徑向的半剖示意圖；

圖4是圖2的徑向的半剖示意圖；

圖5是圖3的a-a向的剖視示意圖；

其中：1、實驗管段，2a、左下橡膠圈，2b、右下橡膠圈，3、計算機，4a、左上金屬圈，4b、右上金屬圈，5、分流管，6a、左第二級伸縮桿，6b、右第二級伸縮桿，7a、第一扇形塊，7b、第二扇形塊，8、進油管，9a、左上橡膠圈，9b、右上橡膠圈，10a、左下金屬圈，10b、右下金屬圈，11、管道支撐系統(tǒng)、12、管道擴撐系統(tǒng)、12a、第一管道擴撐系統(tǒng)，12b、第二管道擴撐系統(tǒng)，13a、左上卡圈，13b、右上卡圈，14a、左下卡圈，14b、右下卡圈，15a、左第一級伸縮桿，15b、右第一級伸縮桿，16a、第一液壓缸主體，16b、第二液壓缸主體，17、dic測試系統(tǒng)，18、預制裂紋，19、光源，20、圖像采集器。

具體實施方式

如圖1至圖5所示，雙向液壓擴徑式管道斷裂模擬實驗裝置，包括：管道支撐系統(tǒng)11、管道擴撐系統(tǒng)12、進油管8、dic測試系統(tǒng)17；實驗管段1的側(cè)壁開設有軸向穿透預制裂紋18，預制裂紋18關(guān)于實驗管段1的軸向中面對稱；管道支撐系統(tǒng)11對實驗管段1的兩端進行支撐；管道擴撐系統(tǒng)12位于實驗管段1內(nèi)，進油管8進油為管道擴撐系統(tǒng)12提供液壓動力；管道擴撐系統(tǒng)12對實驗管段1進行擴撐，預制裂紋18雙向擴展；dic測試系統(tǒng)17對實驗管段1的斷裂過程進行實時觀測。

管道支撐系統(tǒng)11，包括：左上卡圈13a、左下卡圈14a、右上卡圈13b、右下卡圈14b；左上卡圈13a、左下卡圈14a位于實驗管段1的左端，左上卡圈13a由內(nèi)向外依次為左上橡膠圈9a、左上金屬圈4a，左下卡圈14a由內(nèi)向外依次為左下橡膠圈2a、左下金屬圈10a；左上卡圈13a、左下卡圈14a通過螺栓將實驗管段1的左端固定；右上卡圈13b、右下卡圈14b位于實驗管段1的右端，右上卡圈13b由內(nèi)向外依次是右上橡膠圈9b、右上金屬圈4b，右下卡圈14b由內(nèi)向外依次是右下橡膠圈2b、右下金屬圈10b；右上卡圈13b、右下卡圈14b通過螺栓將實驗管段1的右端固定。左上卡圈13a、左下卡圈14a與右上卡圈13b、右下卡圈14b相對于實驗管段1徑向中面完全對稱。

管道擴撐系統(tǒng)12，包括：第一管道擴撐系統(tǒng)12a、第二管道擴撐系統(tǒng)12b、分流管5。

第一管道擴撐系統(tǒng)12a，包括：四塊第一扇形塊7a、左第一級伸縮桿15a、左第二級伸縮桿6a、第一液壓缸主體16a；四塊第一扇形塊7a結(jié)構(gòu)完全相同，四塊第一扇形塊7a組合形成圓柱殼，圓柱殼的外壁與實驗管段1內(nèi)壁面接觸；四塊第一扇形塊7a的內(nèi)壁中心均與四根左第一級伸縮桿15a外端連接；左第一級伸縮桿15a、左第二級伸縮桿6a、第一液壓缸主體16a沿軸向依次相互配合；左第一級伸縮桿15a、左第二級伸縮桿6a沿周向均布。

管道擴撐系統(tǒng)12b包括：四塊第二扇形塊7b、右第一級伸縮桿15b、右第二級伸縮桿6b、第二液壓缸主體16b；四塊第二扇形塊7b結(jié)構(gòu)完全相同，四塊第二扇形塊7b組合形成圓柱殼，圓柱殼的外壁與實驗管段1內(nèi)壁面接觸；四塊第二扇形塊7b的內(nèi)壁中心均與四根右第一級伸縮桿15b外端連接；右第一級伸縮桿15b、右第二級伸縮桿6b、第二液壓缸主體16b沿軸向依次相互配合；右第一級伸縮桿15b、右第二級伸縮桿6b沿周向均布。

管道擴撐系統(tǒng)12a、管道擴撐系統(tǒng)12b由分流管5相連，分流管5中部連接進油管8，由進油管8進油，分流管5將動力油分流到第一管道擴撐系統(tǒng)12a、第二管道擴撐系統(tǒng)12b中，分別為管道擴撐系統(tǒng)12a、管道擴撐系統(tǒng)12b提供液壓動力。

dic測試系統(tǒng)17包括：計算機3、光源19、圖像采集器20。光源19對稱放置在實驗管段1預制裂紋18的上下兩側(cè)，圖像采集器20安置在預制裂紋18正前側(cè)，圖像采集器20可以完全錄制裂紋的擴展過程，圖像采集器20與計算機3相連，通過圖像采集器20采集的信息可以傳輸?shù)接嬎銠C3中，并做分析計算。

管道斷裂模擬實驗的實驗方法，如圖1至圖5所示，采用上述雙向液壓擴徑式管道斷裂模擬實驗裝置，包括下述步驟：

1、將含有預制裂紋18的實驗管段1放置在左下卡圈14a、右下卡圈14b上，實驗管段1的左右兩端分別與左下卡圈14a的左端，右下卡圈14b的右端對齊；將左上卡圈13a、右上卡圈13b分別對齊左下卡圈14a、右下卡圈14b放置在實驗管段1上，同時用螺母、螺釘固定；將相連的管道擴撐系統(tǒng)12a、管道擴撐系統(tǒng)12b放置于實驗管段1中。將進油管8與分流管5連接。

2、將光源19對稱放置在實驗管段1預制裂紋18的上下兩側(cè)，保證光源19的照射范圍能夠覆蓋預制裂紋18，然后將圖像采集器20安置在預制裂紋18的正前側(cè)，使圖像采集器20可以完全錄制裂紋的擴展過程，圖像采集器20與計算機3相連，完成dic測試系統(tǒng)17的安裝。

3、實驗過程中，進油管8進油，通過分流管5分別為管道擴撐系統(tǒng)12a、管道擴撐系統(tǒng)12b提供液壓動力；進入第一液壓缸主體16a、第二液壓缸主體16b的液體分別推動左第二級伸縮桿6a、右第二級伸縮桿6b沿徑向向外運動；然后進入左第二級伸縮桿6a、右第二級伸縮桿6b中的液體分別推動左第一級伸縮桿15a、右第一級伸縮桿15b沿徑向向外運動；第一扇形塊7a、第二扇形塊7b分別因為左第一級伸縮桿15a、右第一級伸縮桿15b的擠壓沿徑向同時向外緩慢擴展，預制裂紋18的左右兩端因為第一扇形塊7a、第二扇形塊7b的擴張運動也開始緩慢擴展。通過控制進油速度，可控制伸縮桿的運動速度，進而可控制預制裂紋18的擴展速度。圖像采集器20記錄裂紋擴展全過程并傳輸?shù)较噙B的計算機3上，計算機3進行相應的后處理。