专利名称：一种机械复合管结合强度的评价方法
技术领域：
本发明属于机械性能检测技术领域，具体涉及一种机械复合管结合强度的评价方法。
背景技术：
机械复合管是利用衬管与基管的相对变形使得衬管与基管相互结合，衬管和基管之间没有形成冶金结合界面，衬管和基管的结合主要靠基管和衬管之间的径向残余应力来维持，因此，结合强度的好坏直接决定了机械复合管的使用环境。目前用于评估机械复合管的结合强度的指标有轴向剪切分离强度和径向夹持力。 其中，轴向剪切分离强度，是指在外载作用下使得基管和衬管发生相对滑动时轴向方向界面剪应力的大小；径向夹持应力是指基管和衬管复合后，作用在内衬管外表面的径向残余压应力。就以上两个指标的评价方法而言，目前国内外均采用破坏性抽检的办法，破坏检测的手段主要有两种一种是残余应力释放法来测径向夹持力，另一种是轴向压缩或轴向拉伸法来测轴向剪切强度。残余应力释放法是通过测量复合管去掉基管前后衬管轴向和环向应变的变化来计算复合管环向残余应力的一种方法。轴向拉伸或压缩法是通过拉伸或压缩基管和衬管，使得其产生相对滑动时测得最大轴向切应力的一种方法。上述两种检测方法存在着三个弊端其一，属于破坏性检验，检验成本高；其二， 检测方法繁琐，检测速度慢，采用残余应力和轴向拉伸或压缩法检验一根复合管结合强度高低时一般需要两三天的时间；其三，只能在复合管的两个端头进行取样，检测误差大，测试结果可信度低。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械复合管结合强度的评价方法，解决了现有方法需进行破坏性检测，且检测误差大、成本高、效率低及无法在线检测的问题。本发明所采用的技术方案是，一种机械复合管结合强度的评价方法，包括以下步骤步骤1、选定结合强度符合评价要求，且与待测机械复合管相同材质和规格的标准件机械复合管；步骤2、以一定方式对步骤1得到的标准件机械复合管施加激振，记录激振力信号，实时采集该标准件机械复合管特定点的加速度信号，对得到的信号进行分析处理，获得标准件机械复合管的模态参数值；步骤3、以与步骤2相同的方式，对待测机械复合管施加相同激振，并实时采集该测机械复合管对应点的加速度信号，对得到的信号进行分析处理，获得该待测机械复合管的相同模态参数值； 步骤4、将步骤3获得的待测机械复合管的模态参数值与步骤2获得的标准件机械复合管的模态参数值进行对比，根据对比结果，判断该待测机械复合管结合强度是否合格。其中，步骤1中，标准件机械复合管的具体选定方法为步骤1. 1、将与待测复合管的等材质、等外径、等壁厚和等长度的基管和衬管同轴装配，得到标准化处理前的机械复合管；步骤1.2、标准化处理步骤1.2. 1、初次加载将步骤1. 1得到的复合管的两端部安装密封装置，在基管外部正上方的中点位置上贴轴向应变片和环向应变片；向衬管内腔注水，注水速度为衬管内的静水压力每分钟增加0. 01 士0. 005Mpa，动
态采集并记录基管环向应变ε e和轴向应变ε ζ ；根据得到的环向应变ε θ和轴向应变计算基管内表面实时环向应力《 "当满足 oe^o 时停止注水并去水卸载，很据卸载后的基管环向应变ε ‘ 0和轴向应变ε ‘ ζ 计算得到环向残余应力ο ‘”当满足σ 0 彡ο ‘ e ^ 1.5σ θ 时得到标准化处理后的机械复合管，其中，σ e 为预定的最小环向应力值，否则，转入步骤1. 2. 2 ；步骤1.2. 2、重复加载再次向衬管内腔注水，注水速度为衬管内的静水压力每分钟增加 0. 01 士0. 005Mpa，注水一分钟后，去水卸载，采集卸载后的基管环向应变ε ‘ θ和轴向应变 ε ‘ ζ计算得到环向残余应力O ‘”当满足σ 0 彡O ‘ e ^ 1.5σ θ 时得到标准化处理后的机械复合管，否则重复本步骤直至满足σ 0 σ ‘ e ^ I- 5 σ θ ；步骤1· 2.3、将得到的标准后处理后的机械复合管的两端部的密封装置拆卸，得到标准件机械
复合管。进一步地，模态参数为固有频率ω，步骤2的具体方法为将步骤1得到的长度为 1的标准件机械复合管水平放置在两个V型槽上，调整该两个V型槽的位置，使两个V型槽支撑部的外侧端面与复合管的两个外端面竖直对齐；在基管外部正上方的中点位置上布设加速度传感器，通过激振装置在基管上施加激振，激荡施加位置与该加速度传感器的水平距离在1/10到71/10的范围内，将加速度传感器和激振施加装置均通过动态信号采集仪与计算机相连接，计算机将动态信号采集仪采集到的实时加速度信号和激振力信号进行频响分析，通过模态参数识别得到该标准件机械复合管的固有频率；步骤3中，采取与步骤2相同的方法，获得该待测机械复合管的固有频率ω胃·；步骤4中，将步骤3获得的待测机械复合管的固有频率ω 与步骤2获得的标准件机械复合管的固有频率ω 进行对比，当ω·,》ω 时，待测机械复合管结合强度合格，否则，认为待测机械复合管结合强度不合格。进一步地，模态参数为阻尼ξ，步骤2的具体方法为将步骤1得到的长度为1的标准件机械复合管水平放置在两个V型槽上，调整该两个V型槽的位置，使两个V型槽支撑部的外侧端面与复合管的两个外端面竖直对齐；在基管外部正上方的中点位置上布设加速度传感器，通过激振装置在基管上施加激振，激荡施加位置与该加速度传感器的水平距离在1/10到71/10的范围内，将加速度传感器和激振施加装置均通过动态信号采集仪与计算机相连接，计算机将动态信号采集仪采集到的实时加速度信号和激振力信号进行频响分析，通过模态参数识别得到该标准件机械复合管的阻尼ξ标准；步骤3中，采取与步骤2相同的方法，最终获得该待测机械复合管的阻尼ξ ；步骤4中，将步骤3获得的待测机械复合管的阻尼ξ与步骤2获得的标准件机械复合管的阻尼ξ 进行对比，当ξ ξ 时，待测机械复合管结合强度合格，否则，认为待测机械复合管结合强度不合格。进一步地，模态参数为传递率η，步骤2的具体方法为将步骤1得到的长度为1 的标准件机械复合管水平放置在两个V型槽上，调整该两个V型槽的位置，使两个V型槽支撑部的外侧端面与复合管的两个外端面竖直对齐；在衬管内部正上方管口位置A点布设一号加速度传感器，在基管外部正上方的中点位置B点布设二号加速度传感器，通过激振装置在基管上施加激振，将两个加速度传感器和激振施加装置均通过动态信号采集仪与计算机相连接，计算机将对得到的信号进行处理分析，得到A点的时域信号a(t)和B点的时域信号b(t)，经过傅里叶变换后分别得到 A (t)和B (t)，将A (t)除以B (t)，得到A点加速度相对于B点加速度的传递率η 0彡n
标准< 1 ；步骤3中，采取与步骤2相同的方法，获得该待测机械复合管的传递率η ；步骤4中，将步骤3获得的待测机械复合管的传递率η 与步骤2获得的标准件机械复合管的传递率进行对比，当n·,》时，待测机械复合管结合强度合格，否贝U，认为待测机械复合管结合强度不合格。本发明方法的有益效果是1、通过对选定的标准件机械复合管和待测机械复合管分别施加激振，获得模态参数，并通过模态参数对比的方法，来实现检测评价待测机械复合管的结合强度是否复合标准，其不需要破坏管道，降低了检验成本。2、本发明方法选定标准件机械复合管的方法简单，科学合理，经大量实验证明，其作为评价标准的检测误差小，结果可靠。3、本发明方法简单易行，检测效率高，测试一根复合管仅需要不到一分钟的时间， 因此能实现对复合管结合强度的在线实时检测；且相对于抽检能够降低检测误差，与现有残余应力和轴向拉伸或压缩法相比，具有检测精度高的优点。
图1是本发明方法中的机械复合管的结构示意图；图2是本发明方法中机械复合管横向振动的两自由度振动模型示意图；图3是本发明方法中对机械复合管进行振动测试示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1所示，机械复合管1由基管2和位于基管2内的衬管3组成。实施例1
机械复合管结合强度的评价方法，包括以下步骤步骤1、选定结合强度符合评价要求，且与待测机械复合管相同材质和规格的标准件机械复合管，即所选定的标准件机械复合管待测复合管等材质、等外径、等壁厚和等长度。标准件机械复合管的具体选定方法为步骤1. 1、将与待测复合管的等材质、等外径、等壁厚和等长度的基管和衬管同轴装配，得到标准化处理前的机械复合管；步骤1. 2、标准化处理步骤1.2.1、初次加载将步骤1. 1得到的复合管的两端部安装密封装置，在基管外部正上方的中点位置上贴轴向应变片和环向应变片；向衬管内腔注水，使得衬管发生弹塑性变形基管发生弹性变形，注水速度为衬管内的静水压力每分钟增加0.01 士0.005Mpa，每间隔一分钟采集并记录基管环向应变ε 0和轴向应变εζ ；根据公式
权利要求
1.一种机械复合管结合强度的评价方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、选定结合强度符合评价要求，且与待测机械复合管相同材质和规格的标准件机械复合管；步骤2、以一定方式对步骤1得到的标准件机械复合管施加激振，记录激振力信号，实时采集该标准件机械复合管特定点的加速度信号，对得到的信号进行分析处理，获得标准件机械复合管的模态参数值；步骤3、以与步骤2相同的方式，对待测机械复合管施加相同激振，并实时采集该测机械复合管对应点的加速度信号，对得到的信号进行分析处理，获得该待测机械复合管的相同模态参数值；步骤4、将步骤3获得的待测机械复合管的模态参数值与步骤2获得的标准件机械复合管的模态参数值进行对比，根据对比结果，判断该待测机械复合管结合强度是否合格。
2.按照权利要求1所述的机械复合管结合强度的评价方法，其特征在于，步骤1中，标准件机械复合管的具体选定方法为步骤1. 1、将与待测复合管的等材质、等外径、等壁厚和等长度的基管和衬管同轴装配， 得到标准化处理前的机械复合管；步骤1. 2、标准化处理步骤1.2. 1、初次加载将步骤1. 1得到的复合管的两端部安装密封装置，在基管外部正上方的中点位置上贴轴向应变片和环向应变片；向衬管内腔注水，注水速度为衬管内的静水压力每分钟增加0.01 士0. 005Mpa，动态采集并记录基管环向应变ε θ和轴向应变ε ζ ；根据得到的环向应变ε 0和轴向应变计算基管内表面实时环向应力σ0，当满足 oe^o 时停止注水并去水卸载，很据卸载后的基管环向应变ε ‘ 0和轴向应变ε ‘ ζ 计算得到环向残余应力ο ‘ 0，当满足σ 0 彡ο ‘ e ^ 1.5σ θ 时得到标准化处理后的机械复合管，其中，σ 为通过客户或标准给定的结合强度指标计算得来的环向应力指标，否则，转入步骤1.2. 2;步骤1.2. 2、重复加载再次向衬管内腔注水，注水速度为衬管内的静水压力每分钟增加0.01 士0. 005Mpa，注水一分钟后，去水卸载，采集卸载后的基管环向应变ε ‘ e和轴向应变ε ‘ ζ计算得到环向残余应力σ ‘ θ,当满足ο 彡ο ‘ θ ^ 1.5σ θ 时得到标准化处理后的机械复合管，否则重复本步骤直至满足σ 0 彡σ ‘ e ^ I- 5 σ θ ；步骤1. 2. 3、将得到的标准后处理后的机械复合管的两端部的密封装置拆卸，得到标准件机械复合管。
3.按照权利要求1或2所述的机械复合管结合强度的评价方法，其特征在于，所述模态参数为固有频率《，步骤2的具体方法为将步骤1得到的长度为1的标准件机械复合管水平放置在两个 V型槽上，调整该两个V型槽的位置，使两个V型槽支撑部的外侧端面与复合管的两个外端面竖直对齐；在基管外部正上方的中点位置上布设加速度传感器，通过激振装置在基管上施加激振，激荡施加位置与该加速度传感器的水平距离在1/10到71/10的范围内，将加速度传感器和激振施加装置均通过动态信号采集仪与计算机相连接，计算机将动态信号采集仪采集到的实时加速度信号和激振力信号进行频响分析，通过模态参数识别得到该标准件机械复合管的固有频率；步骤3中，采取与步骤2相同的方法，获得该待测机械复合管的固有频率ω ；步骤4中，将步骤3获得的待测机械复合管的固有频率ω 与步骤2获得的标准件机械复合管的固有频率ω 进行对比，当ω ω 时，待测机械复合管结合强度合格，否贝U，认为待测机械复合管结合强度不合格。
4.按照权利要求1或2所述的机械复合管结合强度的评价方法，其特征在于，所述模态参数为阻尼ξ，步骤2的具体方法为将步骤1得到的长度为1的标准件机械复合管水平放置在两个 V型槽上，调整该两个V型槽的位置，使两个V型槽支撑部的外侧端面与复合管的两个外端面竖直对齐；在基管外部正上方的中点位置上布设加速度传感器，通过激振装置在基管上施加激振，激荡施加位置与该加速度传感器的水平距离在1/10到71/10的范围内，将加速度传感器和激振施加装置均通过动态信号采集仪与计算机相连接，计算机将动态信号采集仪采集到的实时加速度信号和激振力信号进行频响分析，通过模态参数识别得到该标准件机械复合管的阻尼ξ标准；步骤3中，采取与步骤2相同的方法，最终获得该待测机械复合管的阻尼ξ ；步骤4中，将步骤3获得的待测机械复合管的阻尼ξ与步骤2获得的标准件机械复合管的阻尼ξ 进行对比，当ξ ξ ^时，待测机械复合管结合强度合格，否则，认为待测机械复合管结合强度不合格。
5.按照权利要求1或2所述的机械复合管结合强度的评价方法，其特征在于，所述模态参数为传递率n，步骤2的具体方法为将步骤ι得到的长度为ι的标准件机械复合管水平放置在两个 ν型槽上，调整该两个ν型槽的位置，使两个ν型槽支撑部的外侧端面与复合管的两个外端面竖直对齐；在衬管内部正上方管口位置A点布设一号加速度传感器，在基管外部正上方的中点位置B点布设二号加速度传感器，通过激振装置在基管上施加激振，将两个加速度传感器和激振施加装置均通过动态信号采集仪与计算机相连接，计算机将对得到的信号进行处理分析，得到A点的时域信号a (t)和B点的时域信号b⑴，经过傅里叶变换后分别得到A⑴和 B (t)，将A (t)除以B (t)，得到A点加速度相对于B点加速度的传递率η ，0彡n 1 ；步骤3中，采取与步骤2相同的方法，获得该待测机械复合管的传递率η ；步骤4中，将步骤3获得的待测机械复合管的传递率η 与步骤2获得的标准件机械复合管的传递率进行对比，当n·,》！!《^时，待测机械复合管结合强度合格，否则， 认为待测机械复合管结合强度不合格。
全文摘要
本发明公开一种机械复合管结合强度的评价方法，包括以下步骤选定标准件机械复合管；以一定方式对标准件机械复合管施加激振，记录激振力信号，实时采集加速度信号，进行分析处理后，获得标准件机械复合管的模态参数值；以相同方式，对待测机械复合管施加相同激振，并实时采集对应点的加速度信号，进行分析处理后，获得该待测机械复合管的相同模态参数值；将两个模态参数值进行对比，根据对比结果，判断该待测机械复合管结合强度是否合格。本发明解决了现有方法需进行破坏性检测，且检测误差大、成本高、效率低及无法在线检测的问题。
文档编号G01N29/09GK102507742SQ20111036783
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者张燕飞, 王小艳, 王永芳, 郭崇晓, 魏帆 申请人:西安向阳航天材料股份有限公司