[发明专利]水下耐压结构长时间累积变形的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下耐压结构静水外压试验技术领域，具体涉及用于测量水下耐压结构在静水压力下长时间累积变形并且通过长时间累积变形的测量结果来研究水下耐压结构材料的抗压蠕变特性或粘弹性特性的装置及方法。

背景技术

水下耐压结构是水下机器人、载人潜水器、深海空间站和潜艇等水下运载作业平台的重要组成部分，用于承受深海高压载荷并保障人员及设备的安全。目前，水下耐压结构静水外压力试验主要采用电阻应变片等传感器测量方法，通过测量水下耐压壳体关键部位的应变并将其换算为结构应力；而陆地上耐压管道(内压)的蠕变测量则通常采用蠕变测点测量法和蠕变测量标记测量法，前者使用千分尺在测点之间测量变形，后者使用特制的钢带尺缠绕在钢管或联箱体被测截面外表面上，来测量该部位的增值。对于电阻应变片等传感器测量方法，由于浸泡在水中的电阻应变片容易受潮老化、性能发生蠕变导致使用寿命低，不适用于水下耐压结构的长时间变形的测量，并且电阻应变片测量位置为局部测量，而材料的蠕变特性是一种全结构的变形，因此，传统的电阻应变片等传感器测量方法无法完成水下耐压结构的蠕变(或粘弹性)的长期观测和测量；对于蠕变测点测量法和蠕变测量标记测量法，由于这两种测量方法只能用于暴露的耐压管道，而水下耐压结构的长期累积变形试验需要在压力筒中进行，因此传统的陆地上耐压管道(内压)的蠕变测量方法也无法适应水下耐压结构试验过程中累积变形的测量。

发明内容

本申请人针对现有技术中的上述缺点进行改进，提供一种水下耐压结构长时间累积变形的测量装置及方法，其能够实现静水压力下水下耐压结构的容积随时间的变化规律的测量，测量方便、准确，且基于容积变化测量结果通过数学换算能够得出静水压力下耐压结构的长时间累积变形，能够用于研究耐压结构材料的蠕变特性或粘弹性特性。

本发明的技术方案如下：

本发明之水下耐压结构长时间累积变形的测量装置，包括相互独立设置的测量单元及修正单元，所述测量单元包括用于模拟深海压力环境的压力筒，待测耐压壳体置于压力筒内，待测耐压壳体内充满液体，且待测耐压壳体通过管路一与位于压力筒外部的容积变化读数器一连通，压力筒连接有注水管路和排水管路，所述注水管路上设有加压泵及控制阀一，压力筒上装有压力表，所述排水管路上设有控制阀二；所述修正单元包括对比耐压壳体，对比耐压壳体内充满液体，且对比耐压壳体通过管路二与位于对比耐压壳体外部的容积变化读数器二连通；所述修正单元中的对比耐压壳体、管路二及容积变化读数器二的结构分别与所述测量单元中的待测耐压壳体、管路一及容积变化读数器一相同。

本发明之水下耐压结构长时间累积变形的测量方法，包含以下步骤：

第一步，所述注水管路及所述排水管路均处于关闭状态，在待测耐压壳体不承受静水压力的情况下，记录下容积变化读数器一内自由液面所在的刻度值H₀；

第二步，打开所述注水管路，所述排水管路仍处于关闭状态，通过所述注水管路对压力筒注水施加静水压力，观察压力表读数，当压力筒内压力达到目标压力P₁时，关闭所述注水管路，记录下此时容积变化读数器一内自由液面所在的刻度值H₁；同步调节所述修正单元中容积变化读数器二的自由液面处于刻度值H₁位置；

第三步，保持压力筒的压力处于目标压力P₁下t₁时间后，记录下此时容积变化读数器一内自由液面所在的刻度值H₂和容积变化读数器二内自由液面所在的刻度值H₃；

第四步，计算待测耐压壳体处于恒定静水压力P₁下t₁时间后的容积变化值△V₁′：用第三步测得的刻度值H₂与第二步测得的刻度值H₁的差值乘以容积变化读数器一的截面积；

第五步，对第四步计算得到的容积变化值△V₁′进行修正：计算对比耐压壳体在不承受静水外压的情况下经过t₁时间后由温度变化导致的容积变化值△V₁″，即用刻度值H₃与刻度值H₁的差值乘以容积变化读数器二的截面积；△V₁′与△V₁″的差值即为完全由静水压力P₁导致的随时间t₁累积的容积变化值△V₁；