[发明专利]循环水动力式管道断裂模拟实验装置及实验方法

权利要求书

1.一种循环水动力式管道断裂模拟实验装置，包括：实验管段、左侧连接管段、后侧连接管段、右侧连接管段、电动循环泵、增压系统、DIC测试系统；其特征在于：实验管段、左侧连接管段、电动循环泵、后侧连接管段、右侧连接管段通过法兰依次首尾连接，构成闭环管路系统；增压系统设置在右侧连接管段，向装置内传输流体并提高装置内压力，引起实验管段断裂；DIC测试系统放置在实验管段正前侧，对实验管段的裂纹扩展过程进行实时观测；

实验管段为直接从管道上截取的全尺寸管道试样，具有足够的韧带长度从而可以保障裂纹得到充分扩展；实验管段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；实验管段内部装配有气囊，气囊由高强度聚氨酯材料制成，与实验管段同轴，较实验管段长，伸出部分套在实验管段两端并由法兰压紧固定；

电动循环泵通过左侧连接管段与实验管段连接，增压系统位于整个闭环管路系统右侧，通过电动增压泵法兰与右侧连接管段连接，包括：电动增压泵、电动增压泵肋板、进水管、抽水管、水箱、电动增压泵法兰、增压控制阀及单向阀；电动增压泵法兰、进水管、电动增压泵沿同一轴线从左向右依次设置；单向阀、增压控制阀从左向右依次安装在进水管上；电动增压泵由电动增压泵肋板固定于水箱顶部；电动增压泵前端通过抽水管与水箱相连；开启电动增压泵并打开增压控制阀后，水箱内的水由电动增压泵吸至泵内然后通过进水管进入连接管段内，实现增压目的，单向阀可防止系统内水倒流；

排气阀位于后侧连接管段正上方，用于管道系统进排气；排水阀位于左侧连接管段正下方，用于管道系统进排水；

DIC测试系统，包括：计算机、图像采集器；图像采集器放置在预制裂纹正前侧，可以对裂纹扩展过程进行实时监控与录制；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所述的循环水动力式管道断裂模拟实验装置，包括下述步骤：

(1)将实验管段放置在支撑结构上，将气囊伸进实验管段内，使其两端超出实验管段的距离相等，将超出部分套在实验管段两端，安装法兰，将气囊与实验管段固定，完成实验管段的安装；

(2)以实验管段为基准，依次安装左侧连接管段、电动循环泵、后侧连接管段、右侧连接管段，使五者同轴，然后通过法兰将其依次首尾连接，形成闭环管路系统；在闭环管路系统左侧连接管段中间底部安装排水阀；在闭环管路系统后侧连接管段中间顶部安装排气阀，完成闭环管路系统的安装；

(3)在右侧连接管段的右侧放置水箱，将电动增压泵利用电动增压泵肋板固定在水箱顶部，在电动增压泵与水箱之间安装抽水管；在电动增压泵左侧安装进水管，并在进水管上从左向右依次安装单向阀、增压控制阀；利用电动增压泵法兰将进水管与闭环管路右侧连接管段相连,完成增压系统的安装；

(4)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整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；

(5)装置安装完毕后，从自来水处引水接至排水阀处，打开排水阀和排气阀，打开自来水进行注水，当排气阀处有水冒出时，说明注水完成，且装置内没有空气；

(6)关闭排水阀、排气阀，在水箱中注满水，打开增压控制阀，启动电动增压泵，加压至既定压力后停止加压，关闭增压控制阀；

(7)打开图像采集器与计算机，打开电动循环泵，调节不同流速，可研究同一压力不同流速下管道裂纹扩展过程；将电动循环泵调至固定流速，打开增压控制阀，可研究同一流速不同压力下管道裂纹扩展过程；

(8)实验结束，打开排水阀和排气阀，直至排空管道系统内实验用水；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。