[发明专利]管道弯头多轴棘轮应变测试系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多轴循环载荷作用下，测试管道弯头各位置棘轮应变随时间演化的方法，属于弯管多轴棘轮应变测试系统及方法。

背景技术

目前国内外在测试管道弯头材料受多轴循环载荷作用下的棘轮应变演化中，还多是对弯头材料棒材或板材标准试样进行多轴棘轮应变的测试，主要是利用引伸计法等。但是这种方法存在很多问题，首先它只考虑材料本身受载后的棘轮行为，未能有效的用来研究结构对多轴棘轮效应的影响，另外它的加载工况及类型均受局限，而且引伸计的定位固定与标定工作都较复杂，操作不当极易产生测量数据不准确等。所以它们不能真实准确的模拟弯头在一次应力和二次应力组合下弯头各处的棘轮应变的累积过程，因此其适用性较差。另外还采用激振装置如振动台来，利用惯性力提供弯曲载荷。虽然它能对弯头结构进行直接加载研究，但是这种方法，提供的载荷范围偏小，加载类型单一，受自身局限较大。最近几年虽有学者也提出过应变片法测试弯头的多轴棘轮效应，但是由于数据采集精度不够高，测试通道有限和测试位置定位不准等局限性，导致测试程序复杂且结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能准确测试管道弯头在三向应力状态下的棘轮应变演化过程的试验方法。本试验方法优化了以往各种方法，利用微机结合传感器控制液压伺服疲劳试验机的施加载荷F和输出压力P来提供各种复杂载荷工况，并采用应变片法测量弯头受复杂载荷工况下的实时多轴棘轮行为。其中，输出压力P导致的弯头试样中的轴向法应力与环向应力之间关系可如下：

σz=P×D4×t---(1)]]>

σθ=P×D2×t×R+0.5rnSinθR+rnSinθ---(2)]]>

其中，σ_z为弯管上内压产生的轴向法应力，MPa；σ_θ为弯管上任意角θ对应处的内压环向应力，MPa；P表示试验机提供试验设计内压值，MPa；D为弯头试样的外径，mm；t代表弯头试样的管壁壁厚，mm；R表示弯管的曲率半径，mm；r_n表示弯管截面的平均半径，mm；θ为弯管上某一点所对应的圆心角。

该方法测试位置灵活，载荷工况多样，方法新颖，设计合理，数据准确可靠。同时多通道动态应变仪具有低漂移和低噪声、频响宽特点，疲劳试验机具有试验条件、试验参数可以进行预设、测控、自动记录，试验出现失效或异常时，自动报警停机等功能，可广泛应用于试验研究各种复杂工况下，如地震或管中流体温度变化等，带压弯头的多轴棘轮应变的演化规律，并可用于确定管道弯头的棘轮边界。

本发明的技术方案如下：

本发明的弯头多轴棘轮测试系统，利用传感器控制液压伺服疲劳试验机、卡具辅助机构和应变片法测量弯头受载的应变变化情况，通过多通道动态应变仪采集数据，经过计算机输出结果。