[发明专利]一种钢管弯曲变形试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢管弯曲变形试验系统。

背景技术

目前国际上具有类似试验能力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。他们都不能获得理想的弯曲变形试验条件。

本发明通过采用卧式设备结构，解决了设备试验能力的问题。使用双力臂加载，并且力臂足够长，可以获得充分的弯曲载荷。从而成为一种相对理想的全尺寸弯曲试验设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢管弯曲变形试验系统。能可靠、方便、准确地测量出试验钢管在承受弯曲载荷下的压力-位移、压力-转角及应力-应变的实时情况。

本发明所述的钢管弯曲变形试验系统由油缸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、拉线式位移传感器(I)9、过渡环10、连接法兰11、固定侧力臂12、试验管端转角测量装置13、拉线式位移传感器(II)14、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构成；

采用四根承力梁16承力结构，固定侧力臂12和移动侧力臂5加载，单油缸1驱动，试验管6水平放置结构；

固定侧力臂12通过轴与上轴座、下轴座连结在一起；上轴座、下轴座与四个H型钢的承力梁16连结在一起；移动侧力臂移动时，固定侧力臂围绕着轴旋转；

移动侧力臂的力臂上盖通过4个销轴固定在移动侧力臂5上，芯轴通过前支撑和力臂上盖与移动侧力臂连接；移动侧力臂通过芯轴与上轴承座、下轴承座连接；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时，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；

油缸1通过油缸上支架、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上；通过安装在移动侧力臂上的4个键对油缸的伸出端进行Y方向定位，避免因伸出端太长引起油缸头下垂；在油缸的头部和中部用油缸支架将其固定到基础支撑上；

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；过渡环10、连接法兰11设置在试验管6两端，与移动侧力臂和固定侧力臂连接；试验管端转角测量装置13、拉线式位移传感器(II)14设置在固定侧力臂和承力梁16连接处；拉线式位移传感器(III)20设置在油缸与移动侧力臂连接处。

本发明试验系统可同时对试验管段加载内压及弯矩载荷，通过水压系统4对试验管段内部加载12MPa内压，并在试验管弯曲变形试验过程中保持恒定压力不变。通过固定侧力臂12、移动侧力臂5、承力梁16、油缸1等部件对试验管施加弯曲载荷，并使它们组成一个封闭的受力系统。液压系统2控制油缸1对移动侧力臂施加机械加载，使试验管6承受弯曲载荷。加载速率及载荷大小由计算机控制系统17进行自动控制。加载载荷具有全程不分档的特点。通过可精确控制加载力大小及速率的台阶式加载方式，实现加载-测量的反复循环过程。系统能实现位移控制加载及负荷控制加载方式。

本发明试验系统能模拟油气输送管承受的实际服役载荷，通过选用不同的连接法兰11、变化调整节15个数及选用不同规格尺寸的过渡环10可方便地完成不同直径和长度试验管的试验。能实现对直径508～1219mm、最大壁厚22mm、长度6～10m、材质为X70～X100钢管的压缩-弯曲变形试验。

本发明试验系统的测量系统能实现四组参数的直接测量，通过采集与处理压力传感器3、拉线式位移传感器(III)20的输出实现载荷-位移的实时测量；通过采集与处理应变计7和应力应变测量系统19的输出实现试验管应力-应变分布的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器(I)9的输出实现载荷-试验管中部2D长度位置转角的实时测量；通过采集与处理拉线式位移传感器(II)14的输出实现载荷-试验管管端转角的实时测量；测量系统能实现自动控制、实时监测和自动测量。测量系统稳定性好、精度高。