o为0,初始裂缝位置时间探针单元形成电压阶跃信号的 时刻to为0;其余时间探针单元从初始裂缝开始依次标记为……U，与其对应的计算 机上形成电压阶跃信号的时间依次记为……U，其中U表示第i个时间探针单元到 初始裂缝尖端的距离表示裂纹传播到第i个时间探针单元的时间；则裂纹经过相邻时间 探针单元的平均速度Vi=(Li-Li-O/Ui-ti-〇,其中i = l、2、3……η;然后以位移[(Li-U-0/ 2+1^]为乂轴和速度1为￥轴绘出距离-速度曲线，即可得到裂纹扩展到相应位置时所对应的 裂纹扩展区间速度。
[0073] b管壁材料应变测试:在安装压力传感器的金属管截面外壁布设8个应变测点，应 变测点沿截面环向呈左右对称布设，每个测点测试管壁面的环向应变和轴向应变，如图5所 示，为金属管截面45°位置外壁面环向应变时程曲线。
[0074] c管内减压波传播规律试验:在距离金属管中心左（右）侧0.25倍金属管长的截面 位置安装一个压力传感器，用于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，为避免影响裂纹的扩展，压力传感器安装在偏离裂纹扩展线30°的截面位置，如图6所 示，为管内压力时程曲线。
[0075] d管外冲击波压力场测试: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5m、10m、15m位置布置一个自由场压力传感器，测试金属管爆破形成空气冲击波传 播到各测点的强度。
[0076] e管外地震波振动场测试。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，测试金属管爆破形成地震波传播到 各测点的质点运动速度。
[0077] 实施效果：
[0078] 试验金属管1在加压约20分钟后达到目标压力值;端部封堵效果和管体密封效果 良好;爆破后金属管1运动被限制在约束范围内。
[0079] 图5和图6分别给出了本次模型试验金属管壁应变和管内气体减压波的测试结果。
[0080] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征在于;包括金属管、 时间探针单元和将动态信号采集系统，所述金属管的两端安装有封闭金属管的堵头，在金 属管管壁上安装有若干个时间探针单元，在金属管的中心安装有初始裂缝引入装置，在金 属管一端安装有压力传感器，在金属管另一端安装有温度传感器，金属管还与加压系统连 接;在地面上设有若干个自由场压力传感器和地面振动传感器，在垂直金属管轴线方向上 安装有高速摄影机，若干个时间探针单元、温度传感器、压力传感器和地面振动传感器分别 通过信号屏蔽电缆与动态信号采集系统连接，若干个自由场压力传感器通过低噪声同轴电 缆与动态信号采集系统连接，动态信号采集系统输出端与计算机连接。2. 根据权利要求1所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:所述金属管位于地面的管槽内，管槽通过两端的钢筋混泥土锚固器将金属管固定，在 管槽两侧地面上设有两组摩擦粧，柔性索缠绕金属管，柔性索的两端分别固定在金属管两 侧的摩擦粧上。3. 根据权利要求2所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:在安装压力传感器的金属管截面外壁布置8个应变片，8个应变片分别通过信号屏蔽 电缆与动态信号采集系统连接。4. 根据权利要求3所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:所述8个应变片沿金属管截面的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。5. 根据权利要求4所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:所述自由场压力传感器有六个，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5m、10m、15m位置布置。6. 根据权利要求5所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:所述地面振动传感器有六个，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1 〇m、20m、30m位置布置。7. 根据权利要求6所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:所述温度传感器位于金属管长度1/3处，压力传感器位于金属管长度1/4处，压力传感 器安装在偏离裂纹扩展线30°的截面位置。8. 根据权利要求7所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:所述初始裂缝引入装置引入的初始裂纹长度必须大于2c，其中：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;M t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。9. 根据权利要求8所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置，其特征 在于:所述时间探针单元为直径〇. 2_~0.8_、长度为金属管外壁面周长的漆包铜线，时间 探针单元中心位于初始裂纹所在的管壁母线上，时间探针单元绕金属管截面180°安装在金 属管外壁面上，垂直于管壁母线，时间探针单元在管壁上的布置间距为D/3~D，D为金属管 直径，所述时间探针单元沿管壁用502胶固定，再用环氧树脂粘贴胶将时间探针单元覆盖。10. -种如权利要求1至9任一项所述的用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验 方法，其特征在于，包括以下步骤； (1) 选择合适的金属管韧性:金属管的韧性值范围可通过下式计算:Cv=kX〇h2(Rt) 1/3， 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，3.57ΧΠΓ5。为实现裂纹长距离扩展，试验金属管的 韧性应小于C v; (2) 确定金属管的管内目标压力：管内目标压力可根据下式进行核算确定：，式中P为管内目标压力，单位MPa;〇s为金属管屈服应力，单位_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; (3) 确定金属管初始裂纹长度:初始裂缝的长度通过以下公式得出：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;M t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; (4) 安装试验系统：将应变片、压力传感器、温度传感器、时间探测单元安装在金属管 上，金属管两端焊接上堵头，将金属管放置在管槽内固定，合理布置自由场压力传感器和地 面振动传感器，连接动态信号采集系统和计算机； (5) 选择试验内容，进行相应的试验。
【专利摘要】本发明公开了一种用于高压输气金属管气压爆破试验的模型试验装置及方法，该装置包括金属管、时间探针单元和将动态信号采集系统，所述金属管的两端安装有封闭金属管的堵头，在金属管管壁上安装有若干个时间探针单元，在金属管的中心安装有初始裂缝引入装置，在金属管一端安装有压力传感器，在金属管另一端安装有温度传感器；在地面上设有若干个自由场压力传感器和地面振动传感器，若干个时间探针单元、温度传感器、压力传感器和地面振动传感器分别通过信号屏蔽电缆与动态信号采集系统连接。本发明通过小模型测试高压输气金属管气压爆破各种力学性能，对全尺寸的原型进行指导，节约人力物力，也提高了安全性。
【IPC分类】G01N3/12
【公开号】CN105466784
【申请号】CN201510817564
【发明人】吴建源, 龙源, 徐全军, 纪冲, 毛益明, 高福银, 姜楠, 宋克健, 吴建宇, 李兴华
【申请人】中国人民解放军理工大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月23日