【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种通过监测管道截面内外表面上任意三个测量点的应变数据得到该截面最大应力的计算方法，以及使用该计算方法的振弦式应变传感设备或者布里渊应变传感设备，属于结构健康监测领域。
技术介绍
1、对中长距离油气管道进行完整性监测是保障油气管道安全输送的一个重要环节。油气管道通常都埋在地面下方，很多时候发生弯曲等形变时通过在地面上的人工巡检难以发觉。各种地质灾害，如泥石流、水流侵蚀、滑坡等都会造成地面下方铺设的油气管道承受较大应力，因此在油气管道上安装监测设备能有效监测管道的应力载荷，当应力超过阈值后进行报警并到现场进行处理。在油气管道本体外侧焊接振弦式应变传感器是获取管道最大应力的一个有效手段。在易发生地质灾害的油气管道地段，每个管道截面安装至少三支振弦式应变传感器，通过计算能够从应变数据得到截面的最大应力。国家标准《gb/t40702-2021油气管道地质灾害防护技术规范》给出三支应变传感器都装在管道外侧，使用“品字形”、“120度型”、“45度型”三种安装方法时截面最大应力的计算公式。然而该标准没有给出其它安装方法的截面最大应力计算方法。
2、边坡内部位移监测是岩土工程领域的一个重要课题。在易于产生滑坡活动的地区安装测斜管，能够监测边坡内部位移。在岩土工程项目中，可以将布里渊应变传感设备和测斜管相结合，用于边坡内部位移的监测。边坡内部位移可用测斜管的挠度进行衡量。通常需要在测斜管上粘贴两根光纤，通过两根光纤的应变数据计算出挠度。这两根光纤通常在现场安装测斜管之前粘贴在测斜管内部开槽处。而如果需要计算出测斜管上截
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：现有从管道截面处三个测量点的应变计算出截面最大应力的公式只适用于几种特定情况，且这三个测量点必须同时在管道外侧，这限制了实际工程项目中应变监测传感器的安装位置，然而一些工程项目出于施工便捷的考虑，需要更多位置灵活的应变传感器安装方案。
2、与已公开的工程应用相比，本专利技术给出一种适用于处于轴向载荷和弯曲载荷管道的通用计算方法，由管道某一截面处内外表面上任意三个测量点的应变数据计算出该截面的最大应力；并给出使用该计算方法的振弦式应变传感设备或者布里渊应变传感设备的解决方案。
3、管道的轴向应变和弯曲应变导致的最大截面应力是管道安全监测的一个重要指标。图1是管道一个截面的示意图，其中管道内部半径为r1，管道外部半径为r2。截面上有三个应变监测点a、b、c，这三个点的应变分别记为εa、εb、εc。这三个点既有可能在管道外表面，也可能在管道内表面。当监测点在管道内表面时，r＝r1；当监测点在管道外表面时，r＝r2。这个截面承受的均匀轴向应变为ε0，x方向的最大弯曲应变为εx，y方向的最大弯曲应变为εy。根据弹性力学理论中的平截面假定和叠加原理，截面上任一位置的应变为：
4、
5、根据式(1)，a、b、c三点的应变分别为：
6、
7、
8、
9、式中ra、rb、rc为r1或者r2。联立式(2)至(4)并写成矩阵形式，为：
10、
11、至此，式(1)中的三个参数ε0、εx、εy可由下式求出：
12、
13、要求得式(1)的最大值，需将式(1)中的r设为r2，因为由弯曲引起的应变的最大值总发生在管道的外表面。将式(6)得到的三个参数ε0、εx、εy的值代入式(1)，并设r＝r2，且在0°到360°范围内变化，可求得截面绝对值最大的应变为：
14、
15、式中max函数是取最大值函数，|...|是取绝对值函数。当管道处于弹性形变状态时，管道截面的绝对值最大的应力为：
16、σmax＝eyεmax 式(8)
17、式中ey为管道的杨氏模量。
18、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的。
19、方案一：在油气管道1011的外表面某一截面处焊接三支振弦式应变传感器1021、1022、1023，如图2所示。振弦式应变传感器1021在所述截面的极坐标为测得的应变为εa；振弦式应变传感器1022在所述截面的极坐标为测得的应变为εb；振弦式应变传感器1023在所述截面的极坐标为测得的应变为εc。振弦式应变传感器1021、1022、1023测得的应变通过导线103传输至数据采集仪104，再通过4g信号传送到云端计算机105，如图3所示。在云端计算机105运行的程序将所述应变值以及相应位置参数代入式(6)至(8)，计算出截面的绝对值最大的应力σmax。
20、方案二：在测斜管1012的内表面粘贴两根光纤1061、1062，外表面粘贴第三根光纤1063，并将所述三根光纤用光纤1064连成一个回路接入布里渊应变传感设备107，如图4所示。激光从布里渊应变传感设备107的光发射口1081射出，经过光纤1064、1061、1062、1063后通过光接收口1082返回。在测斜管1012的某一截面，如图5所示，光纤1061测得的应变为εa，对应的极坐标为光纤1062测得的应变为εb，对应的极坐标为光纤1063测得的应变为εc，对应的极坐标为所述光纤测得的应变通过图4中的网线109传输到本地计算机110中。在本地计算机110运行的程序将所述应变值以及相应位置参数代入式(6)至(8)，计算出截面的绝对值最大的应力σmax。
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1.一种通过监测管道截面内外表面上任意三个测量点的应变数据得到所述截面的绝对值最大的应力的计算方法；所述管道处于轴向载荷和弯曲载荷状态且处于弹性形变范畴；所述截面的绝对值最大的应力为σmax＝EYεmax，其中EY为管道的杨氏模量，
2.使用权利要求1所述的计算方法，通过焊接在油气管道某个截面上三支振弦式应变传感器测得的应变数据，使用4G信号传输到云端计算机进行计算得到所述截面的绝对值最大的应力。
3.使用权利要求1所述的计算方法，通过粘贴在测斜管的三根光纤和布里渊应变传感设备测得某个截面三点的应变数据，使用网线传输到本地计算机进行计算得到所述截面的绝对值最大的应力。
【技术特征摘要】
1.一种通过监测管道截面内外表面上任意三个测量点的应变数据得到所述截面的绝对值最大的应力的计算方法；所述管道处于轴向载荷和弯曲载荷状态且处于弹性形变范畴；所述截面的绝对值最大的应力为σmax＝eyεmax，其中ey为管道的杨氏模量，
2.使用权利要求1所述的计算方法，通过焊接在油气管道某...
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