[發明專利]水下耐壓結構長時間累積變形的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201410263669.X
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104019790B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 張愛鋒;屈平;徐強;張博文
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七○二研究所
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01N19/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶漢欽

技術領域

本發明涉及水下耐壓結構靜水外壓試驗技術領域，具體涉及用于測量水下耐壓結構在靜水壓力下長時間累積變形并且通過長時間累積變形的測量結果來研究水下耐壓結構材料的抗壓蠕變特性或粘彈性特性的裝置及方法。

背景技術

水下耐壓結構是水下機器人、載人潛水器、深海空間站和潛艇等水下運載作業平臺的重要組成部分，用于承受深海高壓載荷并保障人員及設備的安全。目前，水下耐壓結構靜水外壓力試驗主要采用電阻應變片等傳感器測量方法，通過測量水下耐壓殼體關鍵部位的應變并將其換算為結構應力；而陸地上耐壓管道(內壓)的蠕變測量則通常采用蠕變測點測量法和蠕變測量標記測量法，前者使用千分尺在測點之間測量變形，后者使用特制的鋼帶尺纏繞在鋼管或聯箱體被測截面外表面上，來測量該部位的增值。對于電阻應變片等傳感器測量方法，由于浸泡在水中的電阻應變片容易受潮老化、性能發生蠕變導致使用壽命低，不適用于水下耐壓結構的長時間變形的測量，并且電阻應變片測量位置為局部測量，而材料的蠕變特性是一種全結構的變形，因此，傳統的電阻應變片等傳感器測量方法無法完成水下耐壓結構的蠕變(或粘彈性)的長期觀測和測量；對于蠕變測點測量法和蠕變測量標記測量法，由于這兩種測量方法只能用于暴露的耐壓管道，而水下耐壓結構的長期累積變形試驗需要在壓力筒中進行，因此傳統的陸地上耐壓管道(內壓)的蠕變測量方法也無法適應水下耐壓結構試驗過程中累積變形的測量。

發明內容

本申請人針對現有技術中的上述缺點進行改進，提供一種水下耐壓結構長時間累積變形的測量裝置及方法，其能夠實現靜水壓力下水下耐壓結構的容積隨時間的變化規律的測量，測量方便、準確，且基于容積變化測量結果通過數學換算能夠得出靜水壓力下耐壓結構的長時間累積變形，能夠用于研究耐壓結構材料的蠕變特性或粘彈性特性。

本發明的技術方案如下：

本發明之水下耐壓結構長時間累積變形的測量裝置，包括相互獨立設置的測量單元及修正單元，所述測量單元包括用于模擬深海壓力環境的壓力筒，待測耐壓殼體置于壓力筒內，待測耐壓殼體內充滿液體，且待測耐壓殼體通過管路一與位于壓力筒外部的容積變化讀數器一連通，壓力筒連接有注水管路和排水管路，所述注水管路上設有加壓泵及控制閥一，壓力筒上裝有壓力表，所述排水管路上設有控制閥二；所述修正單元包括對比耐壓殼體，對比耐壓殼體內充滿液體，且對比耐壓殼體通過管路二與位于對比耐壓殼體外部的容積變化讀數器二連通；所述修正單元中的對比耐壓殼體、管路二及容積變化讀數器二的結構分別與所述測量單元中的待測耐壓殼體、管路一及容積變化讀數器一相同。

本發明之水下耐壓結構長時間累積變形的測量方法，包含以下步驟：

第一步，所述注水管路及所述排水管路均處于關閉狀態，在待測耐壓殼體不承受靜水壓力的情況下，記錄下容積變化讀數器一內自由液面所在的刻度值H₀；

第二步，打開所述注水管路，所述排水管路仍處于關閉狀態，通過所述注水管路對壓力筒注水施加靜水壓力，觀察壓力表讀數，當壓力筒內壓力達到目標壓力P₁時，關閉所述注水管路，記錄下此時容積變化讀數器一內自由液面所在的刻度值H₁；同步調節所述修正單元中容積變化讀數器二的自由液面處于刻度值H₁位置；

第三步，保持壓力筒的壓力處于目標壓力P₁下t₁時間后，記錄下此時容積變化讀數器一內自由液面所在的刻度值H₂和容積變化讀數器二內自由液面所在的刻度值H₃；

第四步，計算待測耐壓殼體處于恒定靜水壓力P₁下t₁時間后的容積變化值△V₁′：用第三步測得的刻度值H₂與第二步測得的刻度值H₁的差值乘以容積變化讀數器一的截面積；

第五步，對第四步計算得到的容積變化值△V₁′進行修正：計算對比耐壓殼體在不承受靜水外壓的情況下經過t₁時間后由溫度變化導致的容積變化值△V₁″，即用刻度值H₃與刻度值H₁的差值乘以容積變化讀數器二的截面積；△V₁′與△V₁″的差值即為完全由靜水壓力P₁導致的隨時間t₁累積的容積變化值△V₁；