一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。准确度高。准确度高。

【技术实现步骤摘要】
一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统


[0001]本专利技术爆轰管道实验领域，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]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，本专利技术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。
[0005]本专利技术的目的通过如下的技术方案来实现：
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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。
[0011]进一步地，所述点火及供气组件包括高能点火器、火花塞、点火端盖、点火固定座、气体混合仪、气瓶组；所述气体混合仪一端与所述气瓶组通过管道连通，另一端通过管道连通所述爆轰管道靠近点火的一端的进气口；所述点火固定座固连在所述爆轰管道的一端，所述火花塞、点火端盖固连在所述点火固定座上。
[0012]进一步地，所述数据采集组件还包括照明灯、数据采集器、压力传感器，且所述高速相机为两个；所述照明灯用于为试验管道提供照明，使所述高速相机拍摄更清晰；两个高速相机同时对所述试验管道进行拍摄；所述压力传感器一端固定在所述爆轰管道上，另一端与所述数据采集器连接，所述处理器与所述高能点火器、数据采集器、两个高速相机均电连接，实现对这些器件的控制和数据采集。
[0013]进一步地，所述爆轰管道及其支撑组件还包括限位杆和丝堵，所述限位杆通过所述丝堵固定在所述爆轰管道内部，所述Shchelkin螺旋放置在所述爆轰管道内，且由所述限位杆实现限位。
[0014]进一步地，所述压力传感器为两个，分别布置在所述爆轰管道的两个不同位置，用于测量爆轰管道的不同位置的爆轰压力。
[0015]进一步地，所述处理器通过3D
‑
DIC技术，分析管道裂纹动态扩展过程中管道表面全场的应变以及裂纹高速扩展过程中裂尖应变场演化规律。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017](1)采用本专利技术的气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统，能够对管道应变进行实时测量，且能够通过对比管道表面在变形前后的散斑图，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。解决了传统装置中，采用应变片和应变仪测应变，覆盖范围小、准确度不足的问题。
[0018](2)本专利技术的系统采用光学非接触式测量应变，并处理器分析应变，计算速度快，效率高。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统的示意图。
[0020]图2为Shchelkin螺旋在爆轰管道内的放置位置的示意图。
[0021]图3为端部挡座的局部剖面图。
[0022]图中，高能点火器1、火花塞2、点火端盖3、点火固定座4、螺栓5、进气口6、气体混合仪7、丝堵8、紫铜垫9、爆轰管道10、压力传感器11、引压接头12、数据采集器13、底座14、对开式支座15、螺钉16、爆轰对接接头17、试验管道18、初始缺陷19、压盘20、端部挡座21、相机支架22、高速相机23、三角支架24、照明灯25、电脑26、气瓶组27、爆破片28、Shchelkin螺旋29、限位杆30、端部定位环31、密封槽32。
具体实施方式
[0023]下面根据附图和优选实施例详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]如图1所示，本专利技术的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、点火及供气组件三部分。
[0025]其中，爆轰管道及其支撑组件包括爆轰管道10、底座14、对开式支座15、爆轰对接接头17、丝堵8、限位杆30、Shchelkin螺旋29、端部挡座21、端部定位环31、爆破片27、压盘20；爆轰管道10的中部通过两个对开式支座15固定，对开式支座15的底部通过螺栓5与底座14连接，对开式支座15本身通过螺钉16将上下两部分连接。爆轰对接接头17安装在爆轰管道10的一端，用于连接爆轰管道10和试验管道18的一端，且爆轰对接接头17与爆轰管道10、试验管道18连接处均通过密封圈密封。端部挡座21通过螺栓固定在底座14上，用于固定试验管道18的另一端。如图3所示，端部定位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的气体爆轰下管道动态应变与裂纹扩展测量测试系统，其特征在于，所述点火及供气组件包括高能点火器、火花塞、点火端盖、点火固定座、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜洋，张进，周凡，刘元琦，李祉颐，马利，刘宝庆，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：