本发明专利技术公开了一种钢管弯曲变形中试验管大变形及应力实时测量装置及测量方法，该测量装置包括油缸、液压系统、压力传感器、水压系统、移动侧力臂、试验管、应变计、试验管中部2D长度位置转角测量装置、过渡环、连接法兰、固定侧力臂、试验管管端转角测量装置、调整节、承力梁、控制系统、计算机数据采集与处理系统、应力应变测量系统、拉线式位移传感器III。采用此装置提高测量稳定性及测量精度。测量方法实现钢管弯曲变形试验的自动控制、实时监测、自动测量，能全程监控、记录试验管同时承受内部压力载荷和弯曲载荷而发生弯曲变形时载荷、位移、转角、应力应变分布的变化情况。并能实时采集、记录、显示试验数据，对试验数据进行分析与处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油管道工程领域，特别涉及钢管弯曲变形中试验管大变形及应力实时测量装置及其测量方法。
技术介绍
钢管弯曲变形试验是模拟油气输送管承受实际服役载荷状态下，测量试验管在发生弯曲变形时，试验管的载荷和位移关系、载荷和转角关系、试验管应力应变分布情况等，确定试验管屈曲失稳时的应变极限。评估弯曲负荷下钢管的抗屈曲变形能力。目前，实现钢管弯曲变形试验的机构有英国焊接研究所TWI，加拿大C-FER公司等研究机构。其中TWI的整管弯曲试验系统采用了四点弯曲的设备构造，通过两个支撑点对钢管施加弯矩；而加拿大C-FER则是在一台大型立式拉伸机的基础上，加装力臂对钢管施加弯矩。前者具有载荷大，试验能力强的优点，但是四点弯曲的试验形式容易引起钢管的局部变形。后者的虽然不存在局部变形的问题，但是由于试验设备受到大型拉伸机的空间限制，试验管过短，难以施加足够的弯矩，并且往往要附带有很强的轴向压缩载荷。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题:现有的设备及方法均不能获得理想的弯曲变形试验条件。而且在钢管发生弯曲变形时，也无法及时得到试验管的变形情况及试验管的应力应变分布情况，从而很难确定试验管屈曲失稳时的应变极限。评估弯曲负荷下钢管的抗屈曲变形能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种提高测量稳定性及测量精度的钢管弯曲变形中试验管大 变形及应力实时测量装置。本专利技术的另一个目的是提供使用上述实时测量装置的测量方法。为了实现上述目的本专利技术采取的技术方案是:一种钢管弯曲变形中试验管大变形及应力实时测量装置，其特征在于，包括油缸(I)、液压系统(2)、压力传感器(3)、水压系统(4)、移动侧力臂(5)、试验管￠)、应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置、过渡环(10)、连接法兰(11)、固定侧力臂(12)、试验管管端转角测量装置(13)、调整节(15)、承力梁(16)、控制系统(17)、计算机数据采集与处理系统(18)、应力应变测量系统(19)、拉线式位移传感器(III) (20)；试验管中部2D长度位置转角测量装置⑶包括拉线式位移传感器⑴(9)；试验管管端转角测量装置(13)包括拉线式位移传感器(II) (14)；油缸(I)通过油缸上支架和下支架固定到基础支撑上；通过油顶头及压板将油缸连接到移动侧力臂(5)上；通过安装在移动侧力臂(5)上的4个键对油缸的伸出端进行Y方向定位；液压系统(2)用于控制油缸(I)对移动侧力臂(5)施加机械加载，使试验管(6)承受弯曲载荷；压力传感器(3)安装在液压系统(2);水压系统(4)用于注入对试验管(6)管段内部加载内压，并在试验管弯曲变形试验过程中保持恒定压力不变；调整节(15)设置在承力梁(16)上；应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器1(9)设置在试验管(6)上；应变计(7)采集钢管变形数据输送给应力应变测量系统(19);过渡环(10)及连接法兰(11)设置在试验管(6)两端，与移动侧力臂(5)和固定侧力臂(12)连接；试验管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器11(14)设置在固定侧力臂(12)和承力梁(16)连接处；拉线式位移传感器111(20)设置在油缸(I)与移动侧力臂(5)连接处；固定侧力臂(12)上轴座和下轴座通过轴连结在一起；再通过上下轴座与四个H型钢的承力梁(16)连接结在一起；在移动侧力臂(5)框架移动时，固定侧力臂(12)框架围绕着芯轴旋转；固定侧力臂(12)上连接有力臂支撑21 ；移动侧力臂(5)和力臂上盖通过4个销轴进行定位，芯轴通过前支撑及力臂上盖连接到移动侧力臂(5)上；移动侧力臂(5)的上轴承座和下轴承座通过轴连接；在下轴承座上安装有滚轮装置；在油缸推动移动侧力臂移动的过程中，滚轮装置在下两个H型钢面上滚动，上轴承座沿着上两个H型钢的滑动面上滑动，同时下轴承座沿着下两个H型钢的滑动面上滑动；移动侧力臂(5)上连接有力臂支撑21 ；压力传感器(3)、拉线式位移传感器I (9)、拉线式位移传感器II (14)及拉线式位移传感器III (20)及应力应变测量系统(19)通过控制系统(17)输出到计算机数据采集与分析系统(18)，计算机数据采集与分析系统(18)按要求进行记录、处理、分析。所述试验管中部2D长度位置转角测量装置包括:支撑件、第一至第三传感器安装板、第一至第二位移传感器、控制系统及计算机数据采集与分析系统，所述支撑件的一端沿其径向插接着第一传感器安装板，所述第一传感器安装板与所述支撑件形成第一测量臂；所述支撑件的另一端沿其径向插接着所述第二传感器安装板及所述第三传感器安装板，所述第二传感器安装板、所述第三传感器安装板及所述支撑件形成第二测量臂；其中，所述第一测量臂与第二测量臂之间的距离为所述试验管中部2D长度；所述第二传感器安装板及所述第三传感器安装板之间形成间隙，所述间隙内安装着所述第一位移传感器和所述第二位移传感器，且所述第一位移传感器和所述第二位移传感器对称布置在所述支撑件的两侧；所述第一位移传感器和所述第二位移传感器分别与所述控制系统相连，并通过所述控制系统控制动作，所述控制系统于所述计算机数据采集与分析系统相连，通过所述第一位移传感器和所述第二位移传感器测量所述支撑件的位移量并发出电信号，所述电信号经所述控制系统传送给所述计算机数据采集与分析系统，由于所述计算机数据采集与分析系统进行记录、处理、分析及输出打印，得到所述试验管中部2D长度横截面的转角值。所述试验管管端转角测量装置包括拉线式位移传感器，所述拉线式位移传感器安装在传感器安装板上，所述传感器安装板安装在轴座上，所述拉线式位移传感器的线绳固定在固定侧力臂转轴筒上，所述轴座上设有轴承，所述轴承上设有转动轴，所述转动轴上套设固定侧力臂转轴筒，所述固定侧力臂转轴筒连接固定侧力臂，所述拉线式位移传感器电连接控制系统，所述控制系统连接计算机数据采集与分析系统。所述力臂支撑包括支撑件、推力轴承、上球轴承、下球轴承滚、轮架及滚轮，所述支撑件连接中心固定轴，所述中心固定轴上依次设有推力轴承、上球轴承及下球轴承，所述上球轴承和下球轴承之间设有滚珠，所述下球轴承安装在轴承座上，所述下球轴承下部设有滚轮架，所述滚轮架下部设有滚轮，所述滚轮架和滚轮上穿设有轴。所述固定侧力臂上设有4个力臂支撑，所述4个力臂支撑分别为两个前力臂支撑和两个中间力臂支撑，所述两个前力臂支撑用于设置在固定侧力臂和移动侧力臂的一端，所述两个中间力臂支撑用于设置在重载力臂的中部。所述移动侧力臂上与所述固定侧力臂上对称设有4个力臂支撑。本专利技术实施例还提供另一种技术方案:一种钢管弯曲变形试验中试验管大变形及应力实时测量方法，包括以下步骤:(I)按试验要求制备试验管:将制备好的试验管和连接法兰进行焊接连接，对焊接好的试验管进行无损探伤检查，合格后，进行静水压试验，检验合格后，进行下一操作；(2)将试验管安装到试验加载系统:将制备好的试验管连接到加载力臂上，调整安装精度，定位后把紧高强度螺栓组；(3)在试验管上安装试验管中部2D长度位置转角测量装置及试验管管端转角测量装置；连接并调整好应力应变测量系统及两个转角测量装置，进入试验阶段；(4)打开本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钢管弯曲变形中试验管大变形及应力实时测量装置，其特征在于，包括油缸(1)、液压系统(2)、压力传感器(3)、水压系统(4)、移动侧力臂(5)、试验管(6)、应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、过渡环(10)、连接法兰(11)、固定侧力臂(12)、试验管管端转角测量装置(13)、调整节(15)、承力梁(16)、控制系统(17)、计算机数据采集与处理系统(18)、应力应变测量系统(19)、拉线式位移传感器(III)(20)；试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)包括拉线式位移传感器(I)(9)；试验管管端转角测量装置(13)包括拉线式位移传感器(II)(14)；油缸(1)通过油缸上支架和下支架固定到基础支撑上；通过油顶头及压板将油缸连接到移动侧力臂(5)上；通过安装在移动侧力臂(5)上的4个键对油缸的伸出端进行Y方向定位；液压系统(2)用于控制油缸(1)对移动侧力臂(5)施加机械加载，使试验管(6)承受弯曲载荷；压力传感器(3)安装在液压系统(2)；水压系统(4)用于注入对试验管(6)管段内部加载内压，并在试验管弯曲变形试验过程中保持恒定压力不变；调整节(15)设置在承力梁(16)上；应变计(7)、试验管中部2D长度位置转角测量装置(8)、拉线式位移传感器I(9)设置在试验管(6)上；应变计(7)采集钢管变形数据输送给应力应变测量系统(19)；过渡环(10)及连接法兰(11)设置在试验管(6)两端，与移动侧力臂(5)和固定侧力臂(12)连接；试验管端转角测量装置(13)、拉线式位移传感器II(14)设置在固定侧力臂(12)和承力梁(16)连接处；拉线式位移传感器III(20)设置在油缸(1)与移动侧力臂(5)连接处；固定侧力臂(12)上轴座和下轴座通过轴连结在一起；再通过上下轴座与四个H型钢的承力梁(16)连接结在一起；在移动侧力臂(5)框架移动时，固定侧力臂(12)框架围绕着芯轴旋转；固定侧力臂(12)上连接有力臂支撑21；移动侧力臂(5)和力臂上盖通过4个销轴进行定位，芯轴通过前支撑及力臂上盖连接到移动侧力臂(5)上；移动侧力臂(5)的上轴承座和下轴承座通过轴连接；在下轴承座上安装有滚轮装置；在油缸推动移动侧力臂移动的过程中，滚轮装置在下两个H型钢面上滚动，上轴承座沿着上两个H型钢的滑动面上滑动，同时下轴承座沿着下两个H型钢的滑动面上滑动；移动侧力臂(5)上连接有力臂支撑21；压力传感器(3)、拉线式位移传感器I(9)、拉线式位移传感器II(14)及拉线式位移?传感器III(20)及应力应变测量系统(19)通过控制系统(17)输出到计算机数据采集与分析系统(18)，计算机数据采集与分析系统(18)按要求进行记录、处理、分析。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏远，李彦峰，吉玲康，左水利，冯耀荣，杨勇鸣，王海涛，邹海萍，宫少涛，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，中国重型机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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