一种薄壁管件力学参数测试方法及装置

摘要

一种薄壁管件力学参数测试方法及装置，其特点是：利用高压泵向外壁贴有应变片的薄壁管件缓慢充入高压液体，同时采用应变仪记录在加载和卸载过程中薄壁管件外壁的轴向和周向应变，并用最小二乘法对测试数据进行线性拟合，基于薄壁管件力学参数测定的力学原理及拟合得到的内压—轴向应变曲线和内压—周向应变曲线，准确获得薄壁管件的屈服强度、弹性模量、泊松比、抗内压屈服强度和抗内压爆裂强度。该装置结构简单，制造成本低，适用于对薄壁管件力学参数的测试和研究。

主权项

一种薄壁管件力学参数测试方法，其特征在于，所述的薄壁管件力学参数测试方法包括以下步骤：步骤1：基于理论计算公式初步确定薄壁管件(11)的抗内压屈服强度；步骤2：试件准备；取一段薄壁管件(11)，在该管件外壁的中心位置每隔90度贴上应变片(12)，将应变片(12)与应变仪(13)相连；置入带有橡胶密封圈(9)的密封塞(2)到薄壁管件(11)内，最后将准备好的试件固定于测试装置上；步骤3：对薄壁管件(11)施加内压；利用高压泵以缓慢的速度(实现准静态测试)对薄壁管件(11)施加内压(第一次施加的内压低于薄壁管件(11)的理论抗内压屈服强度)，第一次加载完停下来记录初始内压值并采用应变仪(13)采集薄壁管件(11)外壁的轴向和周向应变，第二次以增加0.5MPa的级差向薄壁管件(11)施加内压，同样加载完停下来采集薄壁管件(11)外壁的轴向和周向应变，以此类推，加载到设定值卸载回弹；同理，卸载回弹也采取每次卸载0.5Mpa并停下来采集薄壁管件(11)外壁的轴向和周向应变的方法，直到内压卸为零；步骤4：获取薄壁管件(11)抗内压爆裂强度；由步骤4可知，每次向薄壁管件(11)施加的内压增加0.5MPa，直到薄壁管件(11)发生爆裂，从而获得抗内压爆裂强度；步骤5：获取轴向和周向应变与内压的关系曲线；根据不同内压下测得的轴向和周向应变数据，分别绘制轴向和周向应变与内压的关系曲线；步骤6：获取轴向和周向应变卸载曲线的斜率及抗内压屈服强度；基于步骤5获得的轴向和周向应变与内压的关系曲线，结合材料力学理论获得薄壁管件(11)的抗内压屈服强度，并利用最小二乘法对其卸载曲线进行线性拟合，得到轴向和周向应变卸载曲线斜率；步骤7：获取薄壁管件(11)屈服强度、弹性模量、泊松比；将步骤6获得的抗内压屈服强度代入公式(1)中计算得到薄壁管件(11)屈服强度；${\sigma }_y=\frac{p_y}{\ln k}---\left(1\right)$式中：σ_y为薄壁管件(11)屈服强度，p_y为薄壁管件(11)内壁屈服时受到的内压(抗内压屈服强度)，k为薄壁管件(11)外径与内径之比；步骤8：将步骤6获得的轴向和周向应变卸载曲线斜率，分别代入公式(2)和公式(3)中计算得到弹性模量和泊松比；$E_i=\frac{1}{k_{\mathrm{ϵ\theta p}}}\frac{1}{\ln k}---\left(2\right)$式中：k_εθp为卸载曲线ε_θ‑p_i的斜率，p_i为薄壁管件(11)受到的内压，ε_θ为不同内压下测得的周向应变；${\mu }_i=-\frac{k_{\mathrm{ϵzp}}}{k_{\mathrm{ϵ\theta p}}}\frac{k^2-1}{\ln k}---\left(3\right)$式中：k_εzp为卸载曲线ε_z‑p_i的斜率，ε_z为不同内压下测得的轴向应变。