[發明專利]一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺及其實驗方法

有效

• 申請號: 201810858584.4
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN108732046B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 蔣軍成;李云浩;喻源;張慶武;張明廣
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01N3/313
• 分類號: G01N3/313;G01N3/30
• 代理公司: 南京品智知識產權代理事務所(普通合伙) 32310
• 代理人: 奚曉寧;楊陳慶

1.一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，包括試件、支架、模擬碎片拋射裝置、氣體爆炸沖擊波發生裝置、輻射式電加熱裝置、實驗測量采集系統；

所述輻射式電加熱裝置通過掛鉤懸掛在支架上，位于試件正前方，尺寸與試件相同，輻射式電加熱裝置與溫度控制儀連接，溫度控制儀與試件背面的熱電偶連接，用于控制試件溫度；

所述溫度控制儀能記錄熱電偶測量的溫度數據；

所述模擬碎片拋射裝置固定在可調節支架上，通過調節可調節支架上螺桿的上升高度來調節拋射角度，螺母用來固定螺桿的位置；

所述氣體爆炸沖擊波發生裝置包含有可燃氣體配氣儀，以控制可燃氣體與空氣的混合比例從而控制爆炸沖擊波的強度；

所述氣體爆炸沖擊波發生裝置包含有泄爆口，爆炸罐腔體中氣體爆炸產生的沖擊波通過泄爆口作用于儲罐實體模型壁面；

所述實驗測量采集系統包括數據采集系統、激光位移傳感器、高速攝像儀、高溫箔式電阻應變片和高頻壓力傳感器；所述激光位移傳感器、高溫箔式電阻應變片和壓力傳感器通過線纜與數據采集系統相連，通過數據采集系統記錄和保存激光位移傳感器、高溫箔式電阻應變片、高頻壓力傳感器的測量信號。

2.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，所述激光位移傳感器位于試件背面，距離試件50-100厘米，用于測量試件中心點處的變形量。

3.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，所述高速攝像儀位于試件側面，用于記錄加載過程中試件的變形過程。

4.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，所述高溫箔式電阻應變片用膠水粘貼在試件背面，常溫固化至少24小時。

5.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，所述高頻壓力傳感器安裝在氣體爆炸沖擊波發生裝置的壓力傳感器安裝孔上。

6.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，所述激光位移傳感器、高溫箔式電阻應變片和壓力傳感器通過線纜與數據采集系統相連，通過數據采集系統記錄和保存激光位移傳感器、高溫箔式電阻應變片、高頻壓力傳感器的測量信號。

7.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，模擬碎片拋射裝置包括高壓氣瓶、空氣壓縮機、氣缸控制器、插銷、氣缸、凹槽、導桿、擋板、彈射控制箱、高壓儲氣室、壓力傳感器、密封圈、載物臺和碎片；該裝置的載物臺上有凹槽，插銷插入凹槽，并配合密封圈密封高壓儲氣室，高壓儲氣室安裝有壓力傳感器，壓力傳感器與彈射控制箱連接；高壓儲氣室通過管道與高壓氣瓶連接，氣缸與氣缸控制器連接，氣缸控制器分別與空氣壓縮機和彈射控制箱連接；插銷安裝在氣缸的活塞桿上。

8.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，所述氣體爆炸沖擊波發生裝置包括空氣氣瓶、甲烷氣瓶、配氣柜、爆炸罐、點火器、進氣口、真空泵、泄爆口、壓力傳感器安裝孔；爆炸罐與真空泵連接，爆炸罐上有進氣口、點火器和泄爆口，泄爆口上有壓力傳感器安裝孔，裝有高頻壓力傳感器，進氣口與配氣柜連接，配氣柜分別與空氣氣瓶和甲烷氣瓶連接。

9.根據權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺，其特征在于，所述試件為大型儲罐所常用的金屬板材，試件采用Q245鋼、Q345鋼的金屬板材。

10.權利要求1所述的一種多災種耦合作用下的鋼制儲油罐壁面破壞實驗平臺的實驗方法，其特征在于，具體實驗操作步驟為：

（1）將高溫箔式電阻應變片用膠水粘貼在試件背面，常溫固化至少24小時；

（2）將粘貼好高溫箔式電阻應變片的試件安裝到支架上，用螺絲固定；

（3）將高頻壓力傳感器安裝到壓力傳感器安裝孔；

（4）將激光位移傳感器固定于試件背面，距離試件50-100厘米，使傳感器發射的光束對準試件中心；

（5）將激光位移傳感器、高溫箔式電阻應變片、高頻壓力傳感器與數據采集系統連接；

（6）高速攝像儀布置在試件側面，使高速攝像儀保持在攝像狀態；

（7）將輻射式電加熱裝置通過掛鉤懸掛在支架上，分別將輻射式電加熱裝置和熱電偶與溫度控制儀連接；將兩只熱電偶的感溫探頭固定在試件背面的水平對稱線的四分之一和四分之三處，并通過夾具固定；

（8）在溫度控制儀上設定試件所需達到的加熱溫度，最大溫度為250℃；打開輻射式電加熱裝置的電源，對試件進行加熱；達到設定溫度后，維持試件的溫度；

（9）將泄爆口對準試件，調節泄爆口與試件之間的距離，使兩者間的距離在0到1米范圍內；

（10）用0.05mm的聚乙烯薄膜密封泄爆口，用真空泵對爆炸罐進行抽真空，使爆炸罐內的真空度不大于-0.08MPa；

（11）打開空氣氣瓶和甲烷氣瓶的閥門，用配氣柜配制甲烷/空氣混合氣體，甲烷體積濃度在5%到15%之間，將配制的混合氣體通過進氣口注入爆炸罐內；

（12）將模擬碎片拋射裝置的碎片出口對準試件，將載物臺推入高壓儲氣室，使密封圈將高壓儲氣室密封，利用氣缸的活塞桿將插銷插入載物臺上的凹槽，固定載物臺，放入球形的碎片，在彈射控制箱上設定高壓儲氣室內的壓力，壓力范圍為1到10MPa；

（13）取下輻射式電加熱裝置，利用點火器進行點火，爆炸沖擊波通過泄爆口釋放并作用到試件表面；同時，擰開高壓氣瓶的閥門對高壓儲氣室加壓，當高壓儲氣室內的壓力達到彈射控制箱上設定的壓力，彈射控制箱控制氣缸的活塞桿抽出插銷，載物臺與碎片沿著導桿高速飛出，載物臺撞擊擋板后彈回，碎片繼續向前飛，直到撞擊試件；

（14）高頻壓力傳感器采集泄爆口處的泄爆壓力；激光位移傳感器采集設定溫度下的泄爆壓力和碎片撞擊作用下試件中心點的形變變化過程；高溫箔式電阻應變片采集設定溫度下的泄爆壓力和碎片撞擊作用下試件的應變變化過程；采集的泄爆壓力、形變和應變通過線纜輸入數據采集系統進行記錄和保存，高速攝像儀記錄設定溫度下的泄爆壓力和碎片撞擊作用下試件的整體形變過程；

通過所述實驗平臺和實驗步驟，實現了火災、爆炸耦合作用對儲罐壁面破壞作用的實驗研究。