性钢索组合而成，在金属管外侧沿金属管轴向按一定间隔设置。
[0031] 有益效果:本发明的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，通过堵 头保证了金属管内的封闭性，通过时间探针单元测试裂纹的传播速度，通过压力传感器测 试加压过程管内压力和爆破过程中管内减压波传播规律，可以测试高压金属管气压爆破过 程中各种力学参数，为全尺寸的实验提供参考;时间探针单元与金属管壁紧密粘连，可确保 管壁张开与时间探针的断开同步进行，提高试验数据的准确度。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明的结构示意图。
[0033] 图2是本发明金属管端部封堵方式示意图。
[0034] 图3是本发明应变片安装截面位置示意图。
[0035] 图4是本发明金属管约束固定示意图。
[0036] 图5是本发明金属管管壁应变时程曲线。
[0037]图6是本发明金属管泄压过程压力时程曲线。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0039] 如图1至图4所示，本发明的一种用于高压输气金属管1气压爆破试验的模型试验 装置，包括金属管1、时间探针单元18和将动态信号采集系统19,所述金属管1的两端安装有 封闭金属管1的堵头5,在金属管1管壁上安装有若干个时间探针单元18,在金属管1的中心 安装有初始裂缝引入装置21，在金属管1 一端安装有压力传感器2,在金属管1另一端安装有 温度传感器3，金属管1还与加压系统连接;在地面上设有若干个自由场压力传感器8和地面 振动传感器9,在垂直金属管1轴线方向上安装有高速摄影机10,若干个时间探针单元18、温 度传感器3、压力传感器2、若干个自由场压力传感器8和地面振动传感器9分别通过信号屏 蔽电缆17与动态信号采集系统19连接，动态信号采集系统19输出端与计算机20连接。
[0040] 如图4所示，所述金属管1位于地面的管槽11内，管槽11通过两端的钢筋混泥土锚 固器12将金属管1固定，在固定台上设有两组摩擦粧13,柔性索缠绕金属管1，柔性索的两端 分别固定在金属管1两侧的摩擦粧13上。
[0041] 如图3所示，在安装压力传感器2的金属管1截面外壁布置8个应变片7,8个应变片7 分别通过信号屏蔽电缆17与动态信号采集系统19连接，所述8个应变片7沿金属管1截面的 22.5°、45°、90°、135°、225°、270°、315°、337.5°分布，其中正对金属管顶部为0°，顺时针增 大。
[0042] 在本发明中，所述自由场压力传感器8有六个，分别在垂直金属管1轴向和与轴向 成45°夹角的方向，距离起裂点5m、10m、15m位置布置，所述地面振动传感器9有六个，分别在 垂直金属管1轴向和与轴向成45°夹角的方向，距离起裂点10m、20m、30m位置布置。所述温度 传感器3位于金属管1长度1/3处，压力传感器2位于金属管1长度1/4处，压力传感器2安装在 偏离裂纹扩展线30°的截面位置。
[0043] (1)选择金属管参数
[0044]选择的试验金属管1为无缝钢管，其长度为3m、直径为0.4m、壁厚为10mm，材质为 Q235、杨氏模量E为210GPa、屈服强度〇s*235MPa、抗拉强度为380MPa。管内目标压力设计系 数取0.7,即金属管的环向应力 〇h = 0.7〇s，通过止裂韧性理论预测公式Cv=kX〇h2(Rt) V3,式 中Cv为金属管夏比冲击吸收功，单位J; 〇h为金属管环向应力，单位MPa; R为金属管半径，单位 mm; t为金属管壁厚，单位mm; k为常数，k = 3.57 X 10-5，计算得到金属管的韧性应小于12J，因 此，选择韧性为10J的金属管1进行试验。
[0045] (2)确定试验管的管内目标压力、温度、初始裂缝长度
[0046]管内压力设计系数为0.7,由公式
?式中Ρ为管内目标压力，单位 MPa;〇s为金属管屈服应力，单位MPa; 1为管内压力设计系数，取0.68~0.8; t为金属管壁厚， 单位m; R为金属管半径，单位m，计算得到试验的目标压力为8.2MPa。
[0047]试验金属管1的目标温度定为10°C~30°C，当管内温度处于上述范围之内即可进 行爆破。
[0048] 根据以下公式计算可得c等于13cm，因此初始裂缝的长度应大于2c，最终确定初始 裂缝的长度为28cm〇
[0049]
[0050]
[0051] 式中A。为夏比冲击试样裂纹的面积，通常为8Xl(T5m2;Cv为管材夏比冲击吸收功， 单位J;c为初始裂缝长度的一半，单位mm;E为管材杨氏模量，单位Pa; 〇。为金属管的流变应 力、金属管屈服应力〇s和拉伸强度的平均值，单位Pa; 〇h为金属管的环向应力，单位Pa;Mt 为膨胀因子;R为金属管半径，单位mm;t为金属管壁厚，单位mm，为实现裂纹的扩展，引入初 始裂缝的长度必须大于2c。
[0052] (3)模型试验安装
[0053] 1)压力传感器2、温度传感器3和加压与泄压转换装置4安装螺母的焊接
[0054]如图1所示，在距离金属管1中心左侧0.25倍管长的截面位置加工一个直径3cm的 压力传感器2安装孔;在距离金属管1中心右侧1/3倍管长的截面位置安装一个直径3.5cm的 温度传感器3安装孔;在距离金属管1左侧端部30cm的截面90°位置加工一个直径为2.5cm的 加压与泄压转换装置4安装孔。安装孔加工完成后，分别在相对应的孔上焊接压力传感器2、 温度传感器3和加压与泄压转换装置4安装螺母。
[0055] 2)金属管堵头5焊接
[0056]如图3所示，分别在距离金属管1端部0.15m的管内截面上焊接圆形的钢板堵头5 (堵头5的直径为39cm、厚度为1.5cm、材质为的Q235)，并在堵头5的外侧焊接井字型的加强 筋6,如图2所示。
[0057] 3)传感器和高速摄影仪安装
[0058]如图1所示，沿金属管外壁面沿轴向每隔25cm安装一个时间探针单元;在相应的安 装螺母上分别安装压力传感器2和温度传感器3;在安装压力传感器2的金属管截面外壁布 置8个应变片7,如图3所示;分别在垂直金属管1轴向和与轴向成45°夹角的方向，距离起裂 点5m、10m、15m位置布置一个自由场压力传感器8;分别在垂直金属管轴向和与轴向成45°夹 角的方向，距离起裂点l〇m、20m、30m位置布置一个地面振动传感器9;在垂直金属管1轴向， 距离起裂点18m位置安装高速摄影仪10。
[0059] 4)约束固定
[0060]如图4所示，在试验场开挖深60cm、长3.8m的管槽11;把金属管1放入管槽11中间位 置，在金属管1两端浇筑尺寸为〇. 45 X 0.8 X lm的钢筋混泥土锚固器12;在距离金属管1端部 0.8m的位置值入两组摩擦粧13(长度1.5m、断面尺寸为0.2 X 0.2m)，再用柔性索缠绕金属管 1，最后把柔性索两端分别固定在金属管1两侧的摩擦粧13上。
[0061] 5)加压系统安装
[0062] 分别安装高压空气压缩装置14、加压与泄压转换装置4、高压输气管单元15、实时 压力监控单元16。
[0063] 6)测试系统连接
[0064] 如图1所示，采用信号屏蔽电缆17将时间探针单元18、压力传感器2、温度传感器3、 应变片7、地震波振动传感器9分别与动态信号采集系统19连接;采用低噪声同轴电缆20连 接自由场压力传感8与动态信号采集19系统;将动态信号采集系统19的信号输出端与计算 机20连接。
[0065] 7)初始裂缝引入装置安装
[0066]在金属管1顶部中心位置沿金属管轴向安装初始裂缝引入装置21。
[0067] 8)加压
[0068]采用高压空气压缩装置14对金属管1加压，同时实时监测管内气体压力和温度变 化。当管内压力达到试验目标压力时停止加压并关闭加泄压装置14,卸除高压输气管单元 16。
[0069] (4)确定模型试验测试内容
[0070] a裂纹扩展速度试验
[0071] 1)当管内温度下降到28°C时，引爆初始裂缝引入装置21，在金属管中心顶部引入 初始裂缝；
[0072] 2)设初始裂缝尖端位置L