[发明专利]单向液压驱动式全裂纹管道断裂模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种单向液压驱动式全裂纹管道断裂模拟实验装置，包括：管道支撑系统、管道扩撑系统、拉杆、DIC测试系统；其特征在于，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；管道扩撑系统由拉杆牵引进行模拟实验；DIC测试系统对实验管段的断裂过程进行实时观测；

管道支撑系统包括：左上卡圈、左下卡圈、右上卡圈、右下卡圈，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；橡胶卡圈位于管道扩撑系统的左端且固定于实验管段的内壁上；

管道扩撑系统包括：第一管道扩撑系统、第二管道扩撑系统；第一管道扩撑系统包括：八块第一扇形块、第一弹性卡圈、第一锥形块；八块第一扇形块组合形成内壁为锥形通孔的圆柱体，圆柱体的内端面位于实验管段中面上，圆柱体的侧壁开设三圈凹槽，三圈凹槽沿圆柱体的轴向均匀分布；凹槽内设第一弹性卡圈，第一弹性卡圈将第一扇形块互相连接；圆柱体的外壁与实验管段的内壁紧密接触；锥形通孔朝内的一端直径大、朝外的一端直径小，第一锥形块沿中轴线穿过锥形通孔，第一锥形块的长度小于锥形通孔的长度；第一锥形块为圆台，内端面为大口径端，且与锥形通孔的内端面重合；第一锥形块与锥形通孔形状配合；第二管道扩撑系统包括：八块第二扇形块、第二弹性卡圈、第二锥形块；八块第二扇形块组合形成内壁为锥形通孔的圆柱体，圆柱体的内端面位于实验管段中面上，圆柱体的侧壁开设三圈凹槽，三圈凹槽沿圆柱体的轴向均匀分布；凹槽内设第二弹性卡圈，第二弹性卡圈将第二扇形块互相连接；圆柱体的外壁与实验管段的内壁紧密接触；锥形通孔朝内的一端直径小、朝外的一端直径大，第二锥形块沿中轴线穿过锥形通孔，第二锥形块的长度小于锥形通孔的长度；第二锥形块为圆台，内端面为小口径端，且与锥形通孔的内端面重合；第二锥形块与锥形通孔形状配合；拉杆沿中轴线先后穿过第二锥形块、第一锥形块，拉杆通过四个固定螺母分别固定于第一锥形块、第二锥形块的四个端面上，拉杆右端与液压装置相连，由液压装置牵引使管道扩撑系统运动；

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，图像采集器完全录制裂纹的扩展过程，图像采集器与计算机相连，图像采集器采集的信息传输计算机中进行分析计算。

2.一种单向液压驱动式全裂纹管道断裂模拟实验的实验方法，采用权利要求1所述单向液压驱动式全裂纹管道断裂模拟实验装置，其特征在于，包括下述步骤：

(1)、将拉杆通过中轴线与第一锥形块、第二锥形块以四个固定螺母固定，完成第一管道扩撑系统、第二管道扩撑系统和动力装置的组装；

(2)、将含有预制裂纹的实验管段套进相连的第一管道扩撑系统和第二管道扩撑系统，调整第一管道扩撑系统和第二管道扩撑系统的内端面与实验管段的轴向对称中面重合；然后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；最后在实验管段内壁的最左端安装一圈橡胶卡圈，并用螺母螺钉固定在实验管段上；

(3)、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；

(4)、实验过程中，液压装置提供动力，控制拉杆向左沿轴向缓慢运动，拉杆通过固定螺母带动第一锥形块、第二锥形块沿轴向同时向左缓慢运动，第一扇形块、第二扇形块分别因为第一锥形块、第二锥形块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，第一弹性卡圈、第二弹性卡圈随之伸长，分别将第一扇形块、第二扇形块连接在一起；通过控制拉杆的运动速度，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。