[发明专利]一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统

说明书

本发明公开一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统，包括数据采集组件、爆轰管道及其支撑组件、点火及供气组件；数据采集组件包括高速相机和处理器，高速相机用于记录管道爆炸裂纹扩展过程；处理器与高速相机、点火及供气组件电连接，用于控制点火的发生以及高速相机的拍摄，并对高速相机拍摄到的数据进行处理，得到试验管道表面全场应变和裂纹高速扩展过程中裂尖应变场演化规律；爆轰管道及其支撑组件包括爆轰管道、底座、Shchelkin螺旋，爆轰管道固定安装在底座上，Shchelkin螺旋放置在爆轰管道中靠近点火的一端。本发明能够对管道应变进行实时测量，且能够得到管道表面全场应变和裂纹高速扩展过程中裂尖应变场演化规律，测量范围大，准确度高。

技术领域

本发明爆轰管道实验领域，具体涉及一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统。

背景技术

管道作为可燃性气体主要的输送方式，目前随着氢气、天然气等可燃性气体使用日益增多，运输可燃性气体的管道数量也不断增加，但可燃性气体具有易漏易燃易爆等特点，一旦由于管道密封、腐蚀或人为操作不当导致管道内混入空气进而被点燃，管道在气体爆轰下发生爆炸，造成严重的后果。由于管道爆炸的裂纹动态扩展行为尚不明确，因此亟需研制一套气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展非接触式测量测试系统，通过对管道裂纹动态扩展行为的研究和动态应变响应的分析，来揭示气体爆轰下管道动态断裂的相关规律，对管道爆炸的后果分析和风险评价具有重要意义。

国内目前尚无研究气体爆轰下管道动态断裂的实验装置，大多是研究管道内部气体爆炸时爆燃与爆轰之间的关系、爆轰波的传播等与流场相关的实验装置。国内外文献中，与管道动态断裂有关的实验装置，大多是在静压条件下实现的，而不是在气体爆轰下进行加载的。国外加州理工学院研制了一套气体爆轰下管道动态断裂的实验装置，但是该装置对于气体爆轰下管道动态应变的测量，是采用应变片和应变仪实现的，只能测量局部位置的应变，无法测量管道表面全场应变以及裂纹高速扩展过程中裂尖应变场演化规律。

发明内容

针对现有的气体爆轰下管道动态断裂的实验装置仅能通过应变片和应变仪测量管道爆炸处局部多个点的应变，无法实现管道表面全场的应变测量的问题，本发明提出一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统，该系统能够实现管道表面全场的应变测量，特别是裂纹高速扩展过程中裂尖应变场演化规律的测量。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统，该系统包括数据采集组件、爆轰管道及其支撑组件、点火及供气组件三部分；

所述数据采集组件包括高速相机和处理器，所述高速相机用于记录管道爆炸裂纹扩展的过程；所述处理器与所述高速相机、点火及供气组件电连接，用于控制点火的发生以及高速相机的拍摄，并对所述高速相机拍摄到的数据进行处理，得到试验管道表面全场应变和裂纹高速扩展过程中裂尖应变场演化规律；

所述爆轰管道及其支撑组件包括爆轰管道、底座、Shchelkin螺旋，所述爆轰管道固定安装在所述底座上，所述Shchelkin螺旋放置在所述爆轰管道中靠近点火的一端；

所述点火及供气组件用于向所述爆轰管道提供火源，并将所述可燃气体通入所述爆轰管道。

进一步地，所述爆轰管道及其支撑组件包括底座、对开式支座、端部挡座、爆轰管道、爆轰对接接头、端部定位环、爆破片、压盘；所述爆轰管道通过若干个对开式支座安装在所述底座上，所述爆轰对接接头安装在所述爆轰管道的一端，用于连接所述爆轰管道和试验管道的一端；所述端部挡座固连在所述底座上，用于固定试验管道的另一端；所述端部定位环位于所述端部挡座内，用于定位试验管道，所述爆破片位于所述端部挡座内，并通过所述压盘压紧端部定位环和爆破片。