一种深海耐压结构蠕变性能测试装置的制作方法

本发明涉及测试技术领域，尤其是一种深海耐压结构蠕变性能测试装置。

背景技术：

深海耐压结构是各种深海装备、机械的承载体，特别是对于载人型深海潜水器，由于要保证人员的安全，因此对深海耐压结构的长期可靠性要求极高。传统的深海耐压结构主要采用刚强度钢材，但随着深海装备潜深的不断增加，钛合金以其比强度高和抗腐蚀性好等特性而越来越多的被应用于深海耐压结构的建造。但是钛合金材料在常温高压下长期工作，会产生不可忽视的蠕变现象，金属结构的蠕变变形主要表现为在恒定应力下也会持续发生的变形，可能造成结构几何形状不满足应用要求，几何缺陷放大，极限承载能力下降，甚至发生失稳破坏。因此在深海耐压结构投入使用之前，需要通过模型试验对钛合金的深海耐压结构的蠕变特性进行试验研究，从而为长期服役的深海耐压结构的安全性评估方法提供支撑。

根据金属蠕变的一般规律，蠕变变形量与应力水平正相关，在结构应力较大的典型部位，蠕变变形也比较明显，因此目前在对深海耐压结构的蠕变特性进行试验研究时，通常是在这些部位布置应变片，再将整个模型置于模拟深海环境的压力筒中，就可以模拟深海耐压结构在深海压力下的常温蠕变行为。但在目前的试验研究过程中，采用的压力筒主要针对短时间的一次承载能力，对温度变化不敏感，而深海耐压结构常温蠕变试验需要持续的试验试件通常达到数月，环境温度会对应变测试造成较大影响，严重影响测试精度。另一方面，金属材料的蠕变速率与温度也有直接关系，深海环境下的温度与陆地上的温度也有较大差异，也会影响测试的准确度。

技术实现要素：

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种深海耐压结构蠕变性能测试装置，利用该装置进行蠕变性能测试时能够有效减小环境温度对试验结果的影响，使得蠕变性能测试更精确。

本发明的技术方案如下：

一种深海耐压结构蠕变性能测试装置，包括待测试的深海耐压结构，该装置包括：压力筒本体、温度试验箱、应变片、压力传感器、压力表、温度传感器、加载截止阀、高压水泵、温度控制系统以及应变压力测试系统；

待测试的深海耐压结构设置在压力筒本体中，压力筒本体连接通水管路，通水管路上依次设置有加载截止阀和高压水泵，压力筒本体中充满液体；压力筒本体设置在温度试验箱中，温度试验箱连接通气管路，通气管路连接温度控制系统，温度试验箱中充满气体；

应变片设置在待测试的深海耐压结构的待测试位置，应变片的导线引出至温度试验箱外并连接应变压力测试系统；压力传感器与压力筒本体内的液体接触，压力传感器的导线引出至温度试验箱外并连接应变压力测试系统；压力表设置在温度试验箱内且压力表连接压力传感器，温度试验箱开设有观察窗口，观察窗口正对压力表，压力表用于显示压力传感器感应到的压力值；温度传感器设置在压力筒本体内和/或温度试验箱内，温度传感器的导线引出至温度试验箱外并连接温度控制系统，温度控制系统包括显示屏，显示屏用于显示温度传感器感应到的温度值。

其进一步的技术方案为，压力筒本体包括压力筒筒体和压力筒封头，压力筒封头与压力筒筒体可拆卸的组合密封在一起，压力传感器设置在压力筒封头上并探入压力筒本体内与液体接触，压力传感器的导线位于压力筒本体外；压力筒封头上开设有水密线缆孔，应变片的导线以及设置在压力筒本体内的温度传感器的导线通过水密线缆孔引出至压力筒本体外；

温度试验箱包括温度试验箱箱体和温度试验箱顶盖，温度试验箱箱体与温度试验箱顶盖可拆卸的组合密封在一起，温度试验箱顶盖上开设有隔热密封开孔，压力传感器的导线、设置在温度试验箱内的温度传感器的导线以及从压力筒本体内引出的导线通过隔热密封开孔引出至温度试验箱外。

本发明的有益技术效果是：

(1)、在本申请公开的深海耐压结构蠕变性能测试装置中，压力筒本体提供深海压力试验环境，温度试验箱内的气体温度可以根据试验需要调节，从而实现深海环境温度的模拟，通过在压力筒本体外部设置温度试验箱，能够直接测试在海水温度下的蠕变性能，测试结果更精确。

(2)、温度试验箱的设置还能够有效控制压力筒本体内的温度恒定，一方面能够保持待测试的深海耐压结构的温度的恒定，另一方面还能保证压力筒内液体的温度恒定，避免温度变化造成压力筒内压力的变化，从而排除了温度造成的冷热变形对蠕变测试结果的影响，减小长期测试过程中待测试的深海耐压结构的压力和温度的变化，减小测试结果受温度影响的数据波动，达到精确测量的目的，保证长期蠕变特性测试过程中的测试精度，且技术可靠性高，安装维护方便。

附图说明

图1是本申请公开的深海耐压结构蠕变性能测试装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

请参考图1，本申请公开了一种深海耐压结构蠕变性能测试装置，该装置用于对待测试的深海耐压结构m进行蠕变性能测试，该装置包括压力筒本体和温度试验箱，压力筒本体采用耐压材料制成，温度试验箱采用隔热材料制成，压力筒本体设置在温度试验箱中。本申请中的压力筒本体和温度试验箱均采用分体式结构，压力筒本体包括压力筒筒体11和压力筒封头12；温度试验箱包括温度试验箱箱体21和温度试验箱顶盖22，压力筒封头12和温度试验箱顶盖22均可以起吊分离。将压力筒封头12和温度试验箱顶盖22起吊分离后，可以将待测试的深海耐压结构m设置在压力筒本体中，设置完成后，再将压力筒封头12与压力筒筒体11组合密封在一起、将温度试验箱顶盖22与温度试验箱箱体21组合密封在一起。同时，为了方便压力筒本体和温度试验箱内的电子器件的导线的引出，压力筒本体上开设有水密线缆孔13，水密线缆孔13通常是开设在压力筒封头12上；温度试验箱上开设有隔热密封开孔23，隔热密封开孔23通常是开设在温度试验箱顶盖22上。

该装置还包括应变片31、压力传感器32、压力表33、温度传感器34、加载截止阀35、高压水泵36、温度控制系统40以及应变压力测试系统50等配套辅件，具体的：

压力筒本体连接通水管路，通水管路上依次设置有加载截止阀35和高压水泵36，压力筒本体中充满液体，通常是充满水，高压水泵36与加载截止阀35配合工作，用于调节压力筒本体中的压力载荷。

应变片31设置在待测试的深海耐压结构m的待测试位置，应变片31的导线通过水密线缆孔13引出至压力筒本体外，再通过隔热密封开孔23引出至温度试验箱外，并连接应变压力测试系统50。

压力传感器32与压力筒本体内的液体接触，通常都设置方法为：将压力传感器32设置在压力筒封头12上并探入压力筒本体内与液体接触，在这种设置方式中，压力传感器32的导线位于温度试验箱内、压力筒本体外，压力传感器32的导线通过隔热密封开孔23引出至温度试验箱外，并连接应变压力测试系统50。压力传感器32上还连接有压力表33，压力表33位于温度试验箱内，压力表33用于显示压力传感器32感应到的压力数据。对应的，温度试验箱开设有观察窗口24，可以开设在温度试验箱箱体21上，也可以开设在温度试验箱顶盖22上，如图1以温度试验箱顶盖22上开设观察窗口24为例，观察窗口24正对压力表33，用户可以利用观察窗口24观察压力表33的示数。

应变压力测试系统50采集应变片31的应变测试数据，以及采集压力传感器32的压力数据，就可以根据应变测试数据和压力数据得到应变-压力-时间数据，对应变测试数据进行数学处理即可以得到待测试位置的蠕变应变情况。应变压力测试系统50是现有的蠕变性能试验过程中的常用组件，用于对试验数据进行数学处理，本领域技术人员可以参考常规的蠕变性能试验确定应变压力测试系统50的具体结构和工作原理。

温度试验箱中充满气体，温度传感器34设置在压力筒本体内和/或温度试验箱内，如图1示出了压力筒本体内和温度试验箱内均设置温度传感器34的示意图。设置在压力筒本体内的温度传感器34的导线通过水密线缆孔13引出至压力筒本体外，再通过隔热密封开孔23引出至温度试验箱外，并连接温度控制系统40。设置在温度试验箱内的温度传感器34的导线通过隔热密封开孔23引出至温度试验箱外，并连接温度控制系统40。温度控制系统40包括显示屏，温度控制系统40接收温度传感器34的温度值，并在显示屏中显示该温度值，当压力筒本体内和温度试验箱内均设置温度传感器时，这两个温度传感器的温度值均在显示屏上显示。需要说明的是，当温度试验箱和压力筒本体中均设置温度传感器时，起初这两个温度传感器的温度值可能存在差异，但在压力筒本体内外的气体进行充分的热交换之后，两个温度传感器的温度值会相同，因此实际可以仅设置一个温度传感器。

温度试验箱通过通气管路连接温度控制系统40，温度控制系统40用于控制温度试验箱内的气体温度。温度控制系统40是目前现有常用的系统，通常会包括温度控制器、制热系统和制冷系统等结构，通过温度控制器的控制可以利用制热系统进行制热或者利用制冷系统进行制冷，从而控制温度试验箱内的气体温度保持在恒温状态。本领域技术人员可以参考常用的温度控制系统40的电路结构和工作原理，本申请不详细介绍。

本申请公开的深海耐压结构蠕变性能测试装置在对待测试的深海耐压结构m进行蠕变性能测试时的过程如下：

一、试验准备阶段：

1、将压力筒封头12和温度试验箱顶盖22起吊分离，然后将待测试的深海耐压结构m设置在压力筒本体中，将应变片31布置在待测试的深海耐压结构m的待测试位置，将温度传感器34布置在压力筒本体中。

2、将压力筒封头12与压力筒筒体11组合密封在一起，应变片31的导线已经设置在压力筒本体中的温度传感器34的导线通过水密线缆孔13从压力筒本体中引出。

3、在压力筒封头12上安装压力传感器32，压力传感器32探入压力筒本体中。压力传感器32上安装压力表33，压力表33正对观察窗口24。在温度试验箱中设置温度传感器34。

4、将温度试验箱顶盖22与温度试验箱箱体21组合密封在一起，压力传感器32的导线、温度试验箱中设置的温度传感器34的导线以及从压力筒本体中引出的导线均通过隔热密封开孔23从温度试验箱中引出，并分别连接温度控制系统40以及应变压力测试系统50。

二、试验阶段：

1、打开加载截止阀35，使用高压水泵36通过通水管路向压力筒本体内注入液体，同时观察压力表33显示的压力筒本体内的压力数据，直至压力表33的读数大于0时，关闭加载截止阀35。

2、观察温度控制系统40的显示屏显示的温度试验箱中的温度值，通过温度控制系统40调节温度试验箱中的气体的温度直至温度值为预设的试验温度。静止一段时间，保证气体充分的热交换。

3、打开加载截止阀35，使用高压水泵36继续按照预先制定好的加载流程对压力筒本体内进行加压，直至压力表33显示的压力数据达到试验所需的压力，关闭加载截止阀35。

4、利用应变压力测试系统50采集应变片31的应变测试数据，以及采集压力传感器32的压力数据，采集的时间间隔可以自定义设置。当待测试的深海耐压结构m出现失效或者试验已达到预定的试验时间后，打开加载截止阀35，使压力筒本体内的压力为0，完成压力试验。应变压力测试系统50就可以根据应变测试数据和压力数据得到待测试的深海耐压结构m在整个保持载过程中的应变-压力-时间数据，对应变测试数据进行数学处理即可以得到待测试位置的蠕变应变情况。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。