CN106918417B - 钢板薄膜应力测试施力装置 - Google Patents

钢板薄膜应力测试施力装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钢板薄膜应力测试施力装置，包括：回形钢框架、钢板拉伸试件、滑动燕尾夹具、燕尾槽导轨、导向板、框架加强侧板、传力螺柱、受顶板及液压千斤顶；钢板薄膜应力测试施力装置每侧的结构相同，且每侧的结构轴对称，即在结构上既中心对称亦轴对称；钢板拉伸试件由上下两块滑动燕尾夹具夹持，滑动燕尾夹具可沿燕尾槽导轨上下滑动且可调节水平高度，由液压千斤顶驱动受顶板向外移动，受顶板通过传力螺柱带动燕尾槽导轨向外移动，从而实现对钢板拉伸试件的拉伸，其中传力螺柱由框架加强侧板和导向板来支撑和定位。本发明的钢板薄膜应力测试施力装置能模拟石油管道运行时承受的轴向和环向两向的应力，操作简单，安全可靠。

Description

钢板薄膜应力测试施力装置
技术领域
本发明属于石油管道检测领域，具体地，涉及一种钢板薄膜应力测试施力装置，用于模拟石油管道运行时承受的轴向和环向两向的应力。
技术背景
近年来，随着油气储运行业的迅猛发展，石油管道检测和维修方面的技术革新也日新月异。然而，在高新技术快速发展的背后，也存在着令人不得不重视的一系列问题，引起了各种工程事故。随着地质运动和化学变化，许多油气管道已逐渐进入运行中后期，全国各地的油管变形、错位和腐蚀等现象也逐年增多。为了满足模拟管道应力状况的需要，近几年各科研机构有很多不同的新工艺、新工具出现。其中拉伸钢板产生薄膜应力是较为有效的模拟方式之一。只有控制钢板上薄膜应力大小后才能进一步分析、计算。目前，国内外现有的钢板拉伸技术主要采用双向拉伸试验机等。
日本东京农工大学研发了十字形试件双向拉伸试验机,此试验机加载比例可调,但同步性不能控制。我国于上世纪80年代以日本进口DCS-25T万能试验机为基础,安装4个传感器,研制出机械式双向拉伸试验机,但也只能简单测定载荷比为1:1和1:2这两个比例下的应力应变关系。北京航空航天大学自主研发基于液压控制的双向拉伸试验机,实现了同轴向的两组夹头的位移同步控制,能够完成不同比例加载路径下的双向拉伸试验。目前国内现有的双向拉伸试验机大多比较陈旧且并未推广实用，存在加载量有限、由于装置颤动精度无法保证、运行成本过高的问题。
发明内容
为了解决现有技术所存在的不足，本发明提供一种钢板薄膜应力测试施力装置，加载范围大，操作简单，安全可靠，且运行成本低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
钢板薄膜应力测试施力装置，包括：回形钢框架、钢板拉伸试件、滑动燕尾夹具、燕尾槽导轨、导向板、框架加强侧板、传力螺柱、受顶板及液压千斤顶；钢板薄膜应力测试施力装置每侧的结构相同，且每侧的结构轴对称，即在结构上既中心对称亦轴对称；钢板拉伸试件由上下两块滑动燕尾夹具夹持，滑动燕尾夹具可沿燕尾槽导轨上下滑动且可调节水平高度，由液压千斤顶驱动受顶板向外移动，受顶板通过传力螺柱带动燕尾槽导轨向外移动，从而实现对钢板拉伸试件的拉伸，其中传力螺柱由框架加强侧板和导向板来支撑和定位。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：采用上述结构的施力装置拉伸钢板，能模拟石油管道运行时承受的轴向和环向两向的应力；该施力装置进行拉伸时，由液压千斤顶控制拉力大小，操作简单，安全可靠，对实验现场条件要求低，不会引发其它意外伤害；使用该工具拉伸钢板，两向拉力均可调节，可以模拟一系列不同的应力状态，为拉伸试验的数据获取提供了可靠的保障。
附图说明
图1a是钢板薄膜应力测试施力装置的立体示意图；
图1b是钢板薄膜应力测试施力装置的左视示意图；
图1c是钢板薄膜应力测试施力装置的俯视示意图；
图2是钢板拉伸试件的俯视示意图；
图3是滑动燕尾夹具的立体示意图；
图4a是燕尾槽导轨的轴侧示意图；
图4b是燕尾槽导轨的另一轴侧示意图；
图5a是框架加强侧板的立体示意图；
图5b是框架加强侧板的正视示意图；
图5c是框架加强侧板的左视示意图；
图6是传力螺柱的正视示意图；
图中：1、回形钢框架，2、钢板拉伸试件，3、滑动燕尾夹具，4、燕尾槽导轨，5、导向板，6、框架加强侧板，7、传力螺柱，8、受顶板，9、液压千斤顶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1a、1b、1c所示，钢板薄膜应力测试施力装置，包括：回形钢框架1、滑动燕尾夹具3、燕尾槽导轨4、导向板5、框架加强侧板6、传力螺柱7、受顶板8及液压千斤顶9；钢板薄膜应力测试施力装置每侧的结构相同，且每侧的结构轴对称，即在结构上既中心对称亦轴对称；钢板拉伸试件2由上下两块滑动燕尾夹具3夹持，滑动燕尾夹具3可沿燕尾槽导轨4上下滑动且可调节水平高度，由液压千斤顶9驱动受顶板8向外移动，受顶板8通过传力螺柱7带动燕尾槽导轨4向外移动，从而实现对钢板拉伸试件2的拉伸，其中传力螺柱7由框架加强侧板6和导向板5来支撑和定位。
以下以一侧结构结合附图进行说明介绍。
如图1a、1b、1c所示，回形钢框架1为长方体框架，其长度和宽度相同；每一竖侧框采用两层回形钢，以保证回形钢框架1竖直方向强度；回形钢框架1每一侧框顶端、底端分别横接一层回行钢，中间横接两层回形钢，确保钢板拉伸试件2受拉时框架的横向强度；回形钢框架1每侧的内侧面固定导向板5、外侧固定框架加强侧板6，导向板5、框架加强侧板6均位于回形钢框架1每一侧的中部位置。
如图5a、5b、5c所示，框架加强侧板6上有四个圆形通孔，框架加强侧板6对内一侧设有两块加强肋板，加强肋板***回形钢框架1每一侧框中间横接钢与顶端和底端横接钢的空隙内，可用于支撑回形钢框架1，从而增强框架强度；框架加强侧板6对外一侧设有一个圆形凹槽和两根贴近凹槽底部边缘的圆杆，液压千斤顶9安放到两根圆杆上嵌入凹槽中。
如图1a、1b、1c所示，液压千斤顶9底座安放到框架加强侧板6凹槽内，由两根圆杆支撑，液压千斤顶9支撑端与受顶板8接触，提供顶推力。受顶板8、导向板5、框架加强侧板6上均设四个圆形通孔，受顶板8、导向板5与框架加强侧板6上的圆形通孔对齐。
如图6所示，传力螺柱7为双头螺柱，四根传力螺柱7由外向内依次穿过受顶板8、导向板5与框架加强侧板6；传力螺柱7对外一端穿过受顶板8并与螺母通过螺纹连接，以固定受顶板8的位置，传力螺柱7对内一端与燕尾槽导轨4通过螺纹连接；由此可将受顶板8所受液压千斤顶9的顶推力均匀传递到燕尾槽导轨4。
如图4a、图4b所示，燕尾槽导轨4竖向设置，外侧设有四个一定深度的螺纹孔，与四根传力螺柱7通过螺纹连接；燕尾槽导轨4内侧呈燕尾槽状，与两块滑动燕尾夹具3通过滑动连接；燕尾槽导轨4内侧导轨内设置了一铁块，利用一根螺栓穿过铁块，支撑滑动燕尾夹具3，并可通过螺母调节螺栓高度，从而使滑动燕尾夹具3沿着导轨方向进行高度调节，以保证钢板拉伸试件2所受四个方向力在同一平面。
如图3所示，滑动燕尾夹具3后侧为燕尾状，与燕尾槽导轨4的导轨滑动连接，可沿导轨自由移动。滑动燕尾夹具3前侧设有四个圆孔，与钢板拉伸试件2上的变形余量螺栓孔对齐，通过螺栓连接。
如图2所示，钢板拉伸试件2上有十六个变形余量螺栓孔和四个T形槽。钢板拉伸试件2每一侧通过四个变形余量螺栓孔与滑动燕尾夹具3通过螺栓连接，其中与螺栓连接处的变形余量螺栓孔，可使螺栓相对钢板拉伸试件做与其受力方向垂直的运动，从而在钢板双向拉伸时，钢板所受各方向拉力互不影响；为保证钢板拉伸试件2竖向受力均匀，钢板拉伸试件2每侧上下各布置一块滑动燕尾夹具3。T形槽的存在使试件中心区域应力分布均匀，形成相互垂直的两向拉伸应力场。
钢板薄膜应力测试施力装置的工作原理如下：液压千斤顶9底座安放在框架加强侧板6凹槽内，顶端接触受顶板8，对液压千斤顶9加压，使受顶板8受外向顶推力；受顶板8通过与传力螺柱7螺纹连接的螺母，从而将受顶板8所受顶推力传递给四根传力螺柱7，使其做向外的直线运动；燕尾槽导轨4与传力螺柱7另一端通过螺纹连接，在传力螺柱7的带动下做同向的直线运动，其中导向板5和框架加强侧板6对传力螺柱7起支撑和导向作用；滑动燕尾夹具3燕尾一端与燕尾槽导轨4通过燕尾结构连接，另一端与钢板拉伸试件2通过螺栓连接，因此在燕尾槽导轨4做直线运动时，钢板拉伸试件2通过燕尾夹具3受拉力而被拉伸。由于该装置结构对称，因此钢板拉伸试件2在四个方向上均可同时或分别进行拉伸试验。

Claims (8)

1.一种钢板薄膜应力测试施力装置，包括：回形钢框架、钢板拉伸试件、滑动燕尾夹具、燕尾槽导轨、导向板、框架加强侧板、传力螺柱、受顶板及液压千斤顶；其特征在于：钢板薄膜应力测试施力装置每侧的结构相同，且每侧的结构轴对称，即在结构上既中心对称亦轴对称；钢板拉伸试件由上下两块滑动燕尾夹具夹持，滑动燕尾夹具可沿燕尾槽导轨上下滑动且可调节水平高度，由液压千斤顶驱动受顶板向外移动，受顶板通过传力螺柱带动燕尾槽导轨向外移动，从而实现对钢板拉伸试件的拉伸，其中传力螺柱由框架加强侧板和导向板来支撑和定位。
2.根据权利要求1所述的钢板薄膜应力测试施力装置，其特征在于，回形钢框架为长方体框架，其长度和宽度相同；每一竖侧框采用两层回形钢，回形钢框架每一侧框顶端、底端分别横接一层回形钢，中间横接两层回形钢，回形钢框架每侧的内侧面固定导向板、外侧固定框架加强侧板，导向板、框架加强侧板均位于回形钢框架每一侧的中部位置。
3.根据权利要求2所述的钢板薄膜应力测试施力装置，其特征在于，框架加强侧板上有四个圆形通孔，框架加强侧板对内一侧设有两块加强肋板，加强肋板***回形钢框架每一侧框中间横接钢与顶端和底端横接钢的空隙内，框架加强侧板对外一侧设有一个圆形凹槽和两根贴近凹槽底部边缘的圆杆，液压千斤顶底座安放到框架加强侧板凹槽内，由两根圆杆支撑，液压千斤顶支撑端与受顶板接触。
4.根据权利要求3所述的钢板薄膜应力测试施力装置，其特征在于，受顶板、导向板、框架加强侧板上均设四个圆形通孔，受顶板、导向板与框架加强侧板上的圆形通孔对齐。
5.根据权利要求4所述的钢板薄膜应力测试施力装置，其特征在于，传力螺柱为双头螺柱，四根传力螺柱由外向内依次穿过受顶板、导向板与框架加强侧板；传力螺柱对外一端穿过受顶板并与螺母通过螺纹连接，传力螺柱对内一端与燕尾槽导轨通过螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的钢板薄膜应力测试施力装置，其特征在于，燕尾槽导轨竖向设置，外侧设有四个一定深度的螺纹孔，与四根传力螺柱通过螺纹连接；燕尾槽导轨内侧呈燕尾槽状，与两块滑动燕尾夹具通过滑动连接。
7.根据权利要求6所述的钢板薄膜应力测试施力装置，其特征在于，燕尾槽导轨内侧导轨内设置了一铁块，利用一根螺栓穿过铁块，支撑滑动燕尾夹具。
8.根据权利要求7所述的钢板薄膜应力测试施力装置，其特征在于，滑动燕尾夹具后侧为燕尾状，与燕尾槽导轨的导轨滑动连接，可沿导轨自由移动；滑动燕尾夹具前侧设有四个圆孔，与钢板拉伸试件上的变形余量螺栓孔对齐，通过螺栓连接。
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