CN102175136B - 直管多轴棘轮应变测试***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直管多轴棘轮应变测试***及方法。利用传感器控制液压伺服疲劳试验机、准三点弯卡具和应变片法测量直管，通过多通道动态应变仪采集数据，经过计算机输出结果。该方法测试位置灵活，载荷工况多样，方法新颖，设计合理，数据准确可靠。同时多通道动态应变仪具有低漂移和低噪声、频响宽特点，疲劳试验机具有试验条件、试验参数可以进行预设、测控、自动记录，试验出现失效或异常时，自动报警停机等功能，可广泛应用于试验研究各种复杂工况下，如地震或管中流体温度变化等，带压直管的多轴棘轮应变的演化规律，并可用于确定直管的棘轮边界。

Description

直管多轴棘轮应变测试***及方法

技术领域

本发明涉及一种多轴循环载荷作用下，测试直管道各位置棘轮应变随时间演化的方法，属于直管多轴棘轮应变测试***及方法。

背景技术

目前国内外在测试直管材料受多轴循环载荷作用下的棘轮应变演化中，还多是对管道材料棒材或板材标准试样进行多轴棘轮应变的测试，主要是利用引伸计法等。但是这种方法存在很多问题，首先它只考虑材料本身受载后的棘轮行为，未能有效的用来研究结构对多轴棘轮效应的影响，另外它的加载工况及类型均受局限，而且引伸计的定位固定与标定工作都较复杂，操作不当极易产生测量数据不准确等。所以它们不能真实准确的模拟直管在一次应力和二次应力组合下直管各处的棘轮应变的累积过程，因此其适用性较差。另外还采用激振装置如振动台来，利用惯性力提供弯曲载荷。虽然它能对直管结构进行直接加载研究，但是这种方法，提供的载荷范围偏小，加载类型单一，受自身局限较大。最近几年虽有学者也提出过应变片法测试直管的多轴棘轮效应，但是由于数据采集精度不够高，测试通道有限和测试位置定位不准等局限性，导致测试程序复杂且结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能准确测试直管道在三向应力状态下的棘轮应变演化过程的试验方法。本试验方法优化了以往各种方法，利用微机结合传感器控制液压伺服疲劳试验机的施加载荷F和输出压力P来提供各种复杂载荷工况，并采用应变片法测量直管受复杂载荷工况下的实时多轴棘轮行为。其中，输出压力P导致的直管试样中的轴向法应力与环向应力之间关系可如下：

${\mathrm{\σ}}_z=\frac{P\×D}{4\×t}---\left(1\right)$

${\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\θ}}=\frac{P\×D}{2\×t}---\left(2\right)$

其中，σ_z为内压产生的轴向法应力；σ_θ为内压产生的环向应力；P表示试验机提供试验设计内压值；D为直管试样的外径；t代表直管试样的壁厚。

该方法测试位置灵活，载荷工况多样，方法新颖，设计合理，数据准确可靠。同时多通道动态应变仪具有低漂移和低噪声、频响宽特点，疲劳试验机具有试验条件、试验参数可以进行预设、测控、自动记录，试验出现失效或异常时，自动报警停机等功能，可广泛应用于试验研究各种复杂工况下，如地震或管中流体温度变化等，带压直管的多轴棘轮应变的演化规律，并可用于确定直管的棘轮边界。

本发明的技术方案如下：

本发明的直管多轴棘轮测试***，利用传感器控制液压伺服疲劳试验机、准三点弯卡具和应变片法测量直管，通过多通道动态应变仪采集数据，经过计算机输出结果。

所述的传感器控制液压伺服疲劳试验机包括油压机，试验机加载上卡头，下卡头及输油软管；传感器控制液压伺服疲劳试验机实现不同内压及弯矩的组合工况加载，并且试验条件、试验参数能够进行预设、测控、自动记录，试验出现失效或异常时自动报警停机。

所述的直管为：在一根直管的两端设置有两个直管管堵；其中一根完全封闭；另一端直管管堵沿管轴向中心位置设置有一螺纹通孔，用作通油口；灌满油后，将通油口与三通接头一端螺纹连接，在三通接头处安装压力表实时观察直管管内压力情况，三通接头另一侧与输油设备连接。

本发明的直管多轴棘轮应变测试方法：将应变片贴于直管段试样3外表面各处；然后对空腔直管灌油，直至灌满，再将灌满油的连接软管10一端与直管3连接，软管10另一端通过快插接头与油压机12连接，再通过传感器和装有软件的微机通过改变油压机液位控制直管内压力；将直管各处应变片引线以及温度补偿材料处各应变片引线通过导线与前接线板上各接头按照对应关系进行正确连接；再利用疲劳试验机下卡头16固定准三点弯夹具的下加载块17和下加载横梁18；安装销轴定位各夹板位置及上加载横梁7；最后利用微机及试验控制软件，通过输入不同工况载荷，利用传感器控制直管内压及试验机加载弯矩进行多轴棘轮试验。最后采用多通道动态应变仪11实时采集直管试样各处应变演化情况，并将数据转换存储于主控计算机28中。

应变片为双向直角应变片，贴于贴于直管的位置优选为直管中间，和以中间为点的等距离的几处位置，在每个贴有应变片的位置处，沿环向转动180度，分别贴上应变片。

所述多通道动态应变仪包括放大器电路30，前接线板25及输入接头26，后输出接头29，供电电源27，PCI数据采集器以及主控计算机28组成；将应变片微弱电信号变化由前接线板25输入接头26导入，并经放大电路30将微弱的电信号变化放大，通过PCI数据采集器28将此电信号转变为数字信号显示及存储于主控计算机28。

所述准三点弯卡具包括下加载块17，下加载横梁18，在其两端连接支耳a14及支耳b19，再通过销轴b15和销轴c20固定和定位两端大型夹板1，此夹板通过螺栓2紧固定位试验直管3，然后在距管段中心等距处利用小型夹板9和螺栓8固定于直管3，并通过销轴a4与上加载横梁7和上加载杆6连接。

对于本发明可以详细说明如下：

首先根据试验设计所需，将应变片贴于直管段试样3外表面各处；然后对空腔直管灌油，直至灌满，再将灌满油的连接软管10一端与直管3连接，软管10另一端通过快插接头与油压机12连接，再通过传感器和装有专用软件的微机通过改变油压机液位控制直管内压力。将直管各处应变片引线以及温度补偿材料处各应变片引线通过导线与前接线板上各接头按照对应关系进行正确连接。再利用疲劳试验机下卡头16固定准三点弯夹具的下加载块17和下加载横梁18，根据试验设计安装销轴4、15和20来定位各夹板位置及上加载横梁7。最后利用微机及试验控制软件，通过输入不同工况载荷，利用传感器控制直管内压及试验机加载弯矩进行多轴棘轮试验。

如图3所示，将双向直角应变片贴于直管段外表面位置1至位置10；位置1处为管中间段最大弯矩截面位置，用于测量直管外壁“最危险”位置的应变演化情况；此外，在离直管试样中间位置向两侧各135mm处，位置3和位置9各贴一片应变片，此设计可研究对称弯矩截面处的棘轮应变演化情况是否一致；位置3，位置5和位置7之间均相隔40mm，此设计是为了研究直管棘轮应变情况随弯矩幅值变化的分布情况；同时，在每个贴有应变片的位置处，沿环向转动180度，分别贴上应变片，即位置2，位置4，位置6，位置8和位置10，此设计可研究同一弯矩幅值处，环向不同位置之间的棘轮应变演化情况的差异。应变片贴覆位置可根据试验设计要求另行任意选择，不受试验条件限制。

本试验方法中，由于直管中间位置所受循环弯矩幅值最大，并且从中间沿直管向两端不断减小，故应变片应贴覆于中间位置附近，尤其直管中间位置，即最大弯矩处；应变片应选取90度直角型应变片，可测试各处环向和轴向应变值，同时可得出不同弯矩处直管棘轮应变的演化情况。

本发明的试验方法，可测得不同内压及弯矩组合工况下，直管最大棘轮应变位置的棘轮应变安定情况，并可结合棘轮边界确定方法，确定各种直管的试验棘轮边界图。

具体直管试样由两部分组成，一是长1m的直管段22；二是两个长为0.1m的直管管堵21和23。其中管堵21完全封闭；另一端直管管堵23沿管轴向中心位置设计有一螺纹通孔，用作通油口；由于通油口口径较大，故不需开排气孔；灌满油后，将通油口与三通接头24一端螺纹连接，在三通接头处安装压力表13实时观察直管管内压力情况，三通接头另一侧则与输油设备；管堵21和23与直管段22采用对接焊缝连接。

多轴液压伺服疲劳试验机包括油压机12，试验机加载上卡头5，下卡头16，及输油软管10。本试验机是一种改进的多轴疲劳试验机，可实现不同内压及弯矩的组合工况加载，且试验条件、试验参数通过多轴试验控制软件可以进行预设、测控、自动记录，试验出现失效或异常时，自动报警停机。

多轴试验控制软件如图5所示可实现对施加载荷、施加内压、循环次数、循环周期、加载波形、加载初始相位角等试验参数进行预设、测控、自动记录，试验出现失效或异常时，自动报警停机。

所述准三点弯卡具包括下加载块17，下加载横梁18，在其两端连接支耳a14及支耳b19，再通过销轴b15和销轴c20固定和定位两端大型夹板1，此夹板通过螺栓2紧固定位试验直管3，然后在距管段中心各75mm处利用小型夹板9和螺栓8固定于直管3，并通过销轴a4与上加载横梁7和上加载杆6连接。本辅助卡具结构简单，设计合理，可准确实现直管各位置的设计弯矩对称分布，并在管段中间处提供最大弯矩载荷，保证了试验测量的准确性。

所述多通道动态应变仪11包括放大器电路30，前接线板25及输入接头26，后输出接头29，供电电源27，PCI数据采集器以及主控计算机28组成。其主要作用是将应变片微弱电信号变化由前接线板25输入接头26导入，并经放大电路30将微弱的电信号变化放大，通过PCI数据采集器28将此电信号转变为数字信号显示及存储于主控计算机28。其原理是，放大器30内部提供高精度低温漂5V桥压和两个低温漂精密电阻，阻值为120欧姆。只需要外接两个120欧姆应变片，即一个应变片和一个温度补偿用应变片，即可构成惠斯通电桥。因为惠斯通电桥(又称单臂电桥)是一种可以精确测量电阻的仪器；由于试样受载变形将导致直管各处各个方向产生应变，引起应变片电阻发生变化，此微弱变化的电信号经过惠斯通电桥进行放大并最终将其转变为数字信号记录在主控计算机28中。

本发明优点在于，可提供多种复杂载荷组合工况，载荷工况及应用范围广，测试位置可灵活调整，即应变片贴覆位置可根据具体试验设计任意选择，不受试验条件限制；且测试结果精度高，数据曲线光滑平稳，设计合理。此外，多通道动态应变仪具有低漂移和低噪声、频响宽的特点。改进疲劳试验机具有试验条件、试验参数可以进行预设、测控、自动记录，试验出现失效或异常时，自动报警停机等功能。准三点弯辅助结构可实现直管各处弯矩的对称均匀梯度分布，并在中间位置施加最大弯矩。因此，此方法可广泛应用于各种复杂工况下，直管的单轴和多轴棘轮应变的试验测试。

附图说明

图1为所述试验方法辅助结构示意图；

图2为多通道动态应变仪放大电路电桥原理图；

图3为直管试样3结构设计示意图；

图4为应变测试***11结构示意图；

图5为多轴棘轮试验控制软件程序执行框图；

图6为利用此试验方法测试一种不锈钢直管受多轴循环载荷作用下的多轴棘轮行为所得环向应变-轴向应变关系图；

图7为此试验方法测试一种不锈钢直管多轴棘轮行为所得加载载荷-环向应变滞环图；

图8为此试验方法测试一种不锈钢直管的位置2处的环向棘轮应变及轴向棘轮应变随循环圈数变化关系图；

图中：1大型夹板、2大型夹板用螺栓、3直管试样、4销轴a、5试验机上卡头、6上加载杆、7上加载横梁、8小型夹板用螺栓、9小型夹板、10输油软管、11多通道应变数据测试采集***、12多轴液压疲劳试验机、13精密油压表、14支耳a、15销轴b、16试验机下卡头、17下加载块、18下加载横梁、19支耳b、20销轴c。21管堵a、22直管段、23管堵b、24三通接头。25前接线板、26输入接头、27供电电源、28PCI数据采集器及主控计算机、29后输出接头、30放大器电路。

具体实施方式

本发明是通过利用多轴疲劳试验机配以准三点弯卡具辅助机构来实现内压管件的循环弯曲，并利用精密应变片测量直管试样的棘轮应变。此试验方法所使用仪器包括设计直管试样3、多轴疲劳试验机12、多通道动态应变测量仪11及其它辅助机构。所述设计直管试样3主要由两部分组成，一是长1m的直管段22，二是两个长为0.1m的直管管堵21和23，其中管堵21完全封闭，另一端直管管堵23中心位置开有一螺纹通孔用作通油口，此通油口与三通接头24一端连接，在三通接头可安装压力表13，实时观察直管管内压力情况，三通接头另一端与输油设备连接，管堵21和23与直管段22通过焊接连接；管堵21和23的作用是为了与直管段22形成密闭腔体，制成可承受油压的直管试样3。所述多轴液压伺服疲劳试验机12包括试验机加载上卡头5，下卡头16，及输油软管10；所述准三点弯卡具辅助机构包括下加载块17，下加载横梁18，在其两端连接支耳a 14及支耳b 19，再通过销轴b 15和销轴c 20固定和定位两端大型夹板1，此夹板通过螺栓2紧固定位试验直管3，然后在距管段中心各75mm处利用小型夹板9和螺栓8固定于直管3，并通过a销轴4与上加载横梁7和上加载杆6连接；其中，应变片位置设计如图3所示；辅助机构的作用主要是将直管试样3准确定位固定于多轴疲劳试验机12，实现将试验机的拉伸或压缩载荷F转变成弯矩作用在直管试样3，得到准三点弯试验中的弯矩分布效果，这是由于当大型夹板1约束住直管试样3时，直管试样此处的轴向位移为零，试验机施加的拉伸或压缩载荷F将使得直管试样3产生明显位移挠度，为保持整体***力平衡，所以在管道中产生明显沿直管试样轴向的拉伸或压缩法应力，如图3所示，根据材料力学理论，其弯曲正应力计算公式如下：

$M=\frac{F}{2}\×(L/2-0.075)---\left(3\right)$

$W_z=\frac{\mathrm{\π}{D}^3}{32}[1-{(d/D)}^4]---\left(4\right)$

${\mathrm{\σ}}_{z\max }=\frac{M}{W_z}---\left(5\right)$

其中，F为试验机施加载荷；L为直管试样3长度，此处为1m；M表示直管试样3最大弯矩位置处的弯矩值；W_z表示直管试样3的抗弯截面模量；d为直管试样3的内径；D表示直管试样3的外径；σ_zmax表示直管试样3的最大的弯矩截面处的最大弯曲正应力值。

所述多通道应变数据测试采集***11包括放大器电路30，前接线板25及输入接头26，后输出接头29，供电电源27，PCI数据采集器以及主控计算机28组成。其主要作用是将应变片微弱电信号变化由前接线板25输入接头26导入，并经放大电路30将微弱的电信号变化放大，通过PCI数据采集器28将此电信号转变为数字信号显示及存储于主控计算机28。其原理是，放大器30内部提供高精度低温漂5V桥压和两个低温漂精密电阻，阻值为120欧姆。只需要外接两个120欧姆应变片，即一个应变片和一个温度补偿用应变片，即可构成惠斯通电桥。因为惠斯通电桥(又称单臂电桥)是一种可以精确测量电阻的仪器；由于试样受载变形将导致直管各处各个方向产生应变，引起应变片电阻发生变化，此微弱变化的电信号经过惠斯通电桥进行放大并最终将其转变为数字信号记录在主控计算机28中。

其放大电路原理如图2所示，R₁，R₂是已知标准电阻，R_S是可变标准电阻，R_X是被测电阻。B，D之间接检流计。接通电路后，检流计一般不显示零，说明B，D两点电位不相等，通过调节R_S，使检流计中无电流通过(I_K＝0)，此时电桥达到平衡。

电桥平衡的条件是B，D两点电位相等，于是有：

I₁R₁＝I₂R₂，I_xR_x＝I_sR_s                                (6)

又

I₁＝I_x，I₂＝I_s                                        (7)

所以有： $R_x=\frac{R_1}{R_2}{R}_s---\left(8\right)$

由于是电压桥输出，可以得出：

$u_{\mathrm{BD}}=u_{\mathrm{AB}}-u_{\mathrm{AD}}$

$=E\×(\frac{R_2}{R_2+R_S}-\frac{R_1}{R_1+R_X})$

$=\frac{E\·(R_2{R}_X-R_1{R}_S)}{(R_2+R_s)(R_1+R_X)}---\left(9\right)$

当U_BD＝0时，电桥平衡，即得到：R₂R_X＝R₁R_S                 (10)

又由于电阻应变测量中，必须考虑温度补偿，因而测量电路只能采用等臂式或者对称形式，故按照相邻臂匹配的情况不同，其输出将会出现以下三种情况：

1.对输出对称电路

由上图可知，此时有：

R₂＝R_S＝R

R₁＝R_X＝R′                                        (11)

当R₂的改变量为ΔR且ΔR＜＜R，则：

$\mathrm{\Δu}=\frac{E\·R^{\′}\mathrm{\ΔR}}{4R{R}^{\′}+2R^{\′}\mathrm{\ΔR}}$

$=\frac{E\·\mathrm{\ΔR}}{2(2R+\mathrm{\ΔR})}$

$=\frac{E\·\mathrm{\ΔR}}{4R}---\left(12\right)$

定义

此处K为应变片灵敏度系数。那么有：

$\mathrm{\Δu}=\frac{E}{4}\·K\·\mathrm{\ϵ}---\left(13\right)$

这就是该种情况下电压输出和应变之间的关系。

2.对电源对称输出电路

此时有：        R₂＝R₁＝R                        (14)

                R_x＝R_s＝R′                      (15)

当R₂的改变量为ΔR且ΔR＜＜R时有：

$\mathrm{\Δu}=\frac{E\·R^{\′}\mathrm{\ΔR}}{{(R+R^{\′})}^2+\mathrm{\ΔR}(R+R^{\′})}---\left(16\right)$

可忽略ΔR项，则： $\mathrm{\Δu}=\frac{E\·R^{\′}\mathrm{\ΔR}}{{(R+R^{\′})}^2}=\frac{E\·R^{\′}R}{{(R+R^{\′})}^2}\·K\·\mathrm{\ϵ}---\left(17\right)$

3.等臂电桥输出

此时有：R₁＝R₂＝R_X＝R_S＝R                         (18)

当R₂的改变量为ΔR且ΔR＜＜R时有：

$\mathrm{\Δu}=\frac{E\·\mathrm{\ΔR}}{2(2R+\mathrm{\ΔR})}$

$=\frac{E}{4}\·K\·\mathrm{\ϵ}---\left(19\right)$

由此可以看出输出电压与引起应变片阻值改变的机械应变ε成正比，本试验方法所述动态应变仪使用的是对电源对称输出电路。

本试验方法的实施，首先根据试验设计所需，如图3所示，将双向直角应变片贴于直管段外表面位置1至位置10；位置1处为管中间段最大弯矩截面位置，用于测量直管外壁“最危险”位置的应变演化情况；此外，在离直管试样中间位置向两侧各135mm处，位置3和位置9各贴一片应变片，此设计可研究对称弯矩截面处的棘轮应变演化情况是否一致；位置3，位置5和位置7之间均相隔40mm，此设计是为了研究直管棘轮应变情况随弯矩幅值变化的分布情况；同时，在每个贴有应变片的位置处，沿环向转动180度，分别贴上应变片，即位置2，位置4，位置6，位置8和位置10，此设计可研究同一弯矩幅值处，环向不同位置之间的棘轮应变演化情况的差异。如欲测量其它位置的棘轮应变演化情况，应变片位置可根据需要自行更改。

然后，对空腔直管试样3灌油，直至灌满，灌油时应严格控制进油速度，否则易在管内形成气泡，影响将来加压效果；再将灌满油的连接软管10一端与直管试样3上三通接头24连接，连接软管的设计承受压力应大于试验所需内压，确保安全工作；软管另一端通过快插接头与疲劳试验机12的内压通道连接，再通过传感器和装有自行开发的多轴载荷控制试验软件的微机来控制直管内压力值P及对直管试样施加的载荷F值；加压时，恒定加压速度，不宜过快，如内压曲线如随时间呈线性增加，则说明直管内气泡较少，灌油质量较好；如内压曲线随时间呈明显非线性增加，说明管内气泡较多，加压困难，灌油质量不佳，可能需重新灌油调试。这是因为内压导致腔内气泡被明显压缩，更多的液体油进入直管试样来填充减小的气泡体积，使得内压曲线呈非线性。

如加压效果正常，将导线与前接线板25上各接头按照对应关系进行正确连接；连接完成后，应在控制微机28上检查各应变片连接读数是否正常，是否出现电路短路，断路或应变片信号波动较大等情况；如出现上述各种异常，可能是应变片引线之间绝缘不好，或引线与导线焊接质量不好，导致微机上显示应变片信号异常。

采用本试验方法测试承受恒定内压的直管试件受循环弯矩作用下的多轴棘轮应变演化过程：动态应变仪在第一次使用时应进行自动清零及输入应变片灵敏度系数。将应变贴覆于直管外表面关键各处的轴向和周向上，直管试件在内压结合弯矩的多轴工况载荷作用下产生变形，紧密贴覆于直管外表面的应变片电阻将随着直管试件的轴向变形与周向变形而发生变化，引起惠斯通外部电桥微伏级电压信号的变化，并经直流放大器进行电压放大，得到正负10V电压输入多通道AD板进行AD转换。最后由AD板可以将直管试件的轴向与周向应变值转换成数字信号在主控计算机上输出显示或存储以备后续处理。

如各应变片信号正常，则将准三点弯夹具的下加载块17和下加载横梁18用疲劳试验机下卡头16进行固定，并安装销轴4、15和20用于定位各夹板9位置及上加载横梁7，最终将直管试样3固定于准三点弯气卡具辅助机构，准备进行试验；其中，装卡直管试样前，应在直管试样上应变片贴覆区及辅助机构固定区域划分一定密度网格，便于准确定位，保证加载位置准确，载荷分布如试验设计，此外，试验结束后，还可通过观察网格形状变化，判断直管整体及局部变形情况。

最后，利用微机28中多轴载荷控制试验软件，如图5所示，通过输入内压值P(单位，MPa)，施加载荷F(单位，kN)，设定循环周期(单位，s)，循环次数，数据采样频率(1Hz到1000Hz)和加载波形(三角波或正弦波)等试验参数，进行直管受内压及循环弯矩组合共同作用下的多轴棘轮应变演化试验；此外，在试验保护参数栏中，设定施加载荷、内压和位移行程保护参数，防止直管试样变形过大；如遇施加载荷，内压或位移行程超过保护参数，试验进行时，载荷，内压或位移行程达到保护值后，不再增加或下降，忽视试验设定值，程序弹出对话框报警，并自动停机，内压和载荷自动稳定卸载至零；此外，试验载荷F，内压P，试验进行时间，循环次数，各位置的环向应变及轴向应变均按设定频率自动记录于主控微机的本地硬盘中，以备导出及处理。

例如，为实现恒定内压P＝20MPa和循环施加载荷F＝±30kN，循环周期为30s，初始工况为P＝20MPa，F＝0kN的复杂组合工况，应在多轴载荷控制试验软件中选择内压栏，设定内压上下限均为20MPa，设定内压循环周期为30s，选择加载波形为三角波，设定循环次数为500，选择加载相位角为0度；然后再选择施加载荷栏，设定施加载荷上限为30kN，下限为-30kN，并设定载荷循环周期也为30s，选择加载波形为三角波，设定循环次数也为500，选择加载相位角为0度。其中，循环次数，加载波形及循环周期等参数均可根据自身试验设计需要改变设定。

如要实现内压P循环范围为0MPa到20MPa，恒定施加载荷F＝30kN，循环周期为30s，初始工况为P＝0MPa，F＝0kN的组合工况，则在多轴载荷控制试验软件中选择内压栏，设定内压上限为20MPa，下限为0MPa，设定内压循环周期为30s，选择加载波形为三角波，设定循环次数为500，设定加载相位角为270度；然后再选择施加载荷栏，设定施加载荷上限为30kN，下限为-30kN，并设定载荷循环周期也为30s，选择加载波形为三角波，设定循环次数也为500，选择加载相位角为0度。其中，循环次数，加载波形及循环周期等参数均可根据自身试验设计需要改变设定。

例如，利用此试验方法测试了一种奥氏体不锈钢Z2CND18.12N的直管试样受恒定内压20MPa和循环载荷±30kN作用下的多轴棘轮行为，此时直管试样各截面位置的多轴应力状态可按前述公式(1)至公式(5)计算得出。例如，直管试样中间截面所受弯矩最大，此时，位置2处内压产生的恒定轴向法应力为：

内压产生的恒定环向应力为：而循环载荷F＝±30kN，根据公式(3)可得，等效循环弯矩为：

带入公式(5)得弯曲法应力为：

故应变片位置1和位置2处的法向应力为：平均应力为84.4MPa，应力幅值为±373.7MPa；环向应力的平均应力2倍于法向应力的平均应力，其应力幅值与法向应力幅值有关，具体结果复杂，不作讨论。

试验操作流程如上所述，得到直管试样各处位置的轴向和环向棘轮应变随时间演化的情况，应变测量结果可通过曲线或数据表示出来，其中直管中间位置的具体结果如图6，图7和图8所示。其中，棘轮应变定义如下：

${\mathrm{\ϵ}}_r=\frac{1}{2}({\mathrm{\ϵ}}_{\max }+{\mathrm{\ϵ}}_{\min })-{\mathrm{\ϵ}}_0---\left(6\right)$

式中，ε_max、ε_min分别为一次循环中的最大、最小应变，ε₀为初始弹性应变(只有压力载荷作用时)，由于初始弹性应变很小，而且对于载荷控制循环，在以后的各次循环中弹性应变并不累积，计算时通常予以忽略。

从图6至图8中可以看出，试样的应力-应变滞环曲线光滑，无异常突变点，随着循环次数时间的增加，环向棘轮应变明显增加，但轴向棘轮应变不明显，并且棘轮应变率初始较大，随后不断减小，并且最终环向棘轮应变趋于安定，这与棘轮行为基本特征以及以往其它学者的研究结果相一致。因此，认为此试验方法可以较好的测试直管受多轴循环载荷作用时的多轴棘轮行为。

Claims (4)

1.直管多轴棘轮测试方法，其特征是将应变片贴于直管段试样（3）外表面各处；然后对空腔直管灌油，直至灌满，再将灌满油的连接软管（10）一端与直管（3）连接，软管（10）另一端通过快插接头与油压机（12）连接，再通过传感器和装有软件的微机通过改变油压机液位控制直管内压力；将直管各处应变片引线以及温度补偿用的同材料的任一直管处的各对应应变片引线，通过导线与多通道动态应变仪的前接线板（25）上各接头按照对应关系进行正确连接；再利用疲劳试验机下卡头（16）固定准三点弯夹具的下加载块（17）和下加载横梁（18）；安装销轴定位各夹板位置及上加载横梁（7）；接着利用微机及试验控制软件，通过输入不同工况载荷，利用传感器控制直管内压及试验机加载弯矩进行多轴棘轮试验，最后采用多通道动态应变仪（11）实时采集直管试样各处应变演化情况，并将数据转换存储于主控计算机（28）中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是应变片为双向直角应变片，贴于直管的中间位置，和距此直管中间位置等距离的若干位置，并在每个贴有应变片的位置处，沿环向转动180度，分别贴上应变片。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述多通道动态应变仪包括放大器电路（30），前接线板（25）及输入接头（26），后输出接头（29），供电电源（27），PCI数据采集器以及主控计算机（28）；将应变片微弱电信号变化由前接线板（25）输入接头（26）导入，并经放大器电路（30）将微弱的电信号变化放大，通过PCI数据采集器将此电信号转变为数字信号显示及存储于主控计算机（28）。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述准三点弯夹具包括下加载块（17），下加载横梁（18），在下加载横梁（18）两端连接支耳a（14）及支耳b（19），再通过销轴b（15）和销轴c（20）固定和定位两端大型夹板（1），此夹板通过第一螺栓（2）紧固定位试验直管（3），然后在距管段中心等距处利用小型夹板（9）和第二螺栓（8）固定于直管（3），并通过销轴a（4）与上加载横梁（7）和上加载杆（6）连接。

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