[發明專利]一種超高壓非標準法蘭實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 202110892602.2
• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113607557B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 姜玉虎;周世海;張學青;張庭高;袁俊;曹恒明;李美求
• 申請（專利權）人: 江蘇宏泰石化機械有限公司
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10;G01N3/20;G01N3/02
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務所(普通合伙) 42216
• 代理人: 蔡昌偉

1.一種超高壓非標準法蘭實驗方法，其特征在于：它包括如下步驟：

1)、首先通過固定螺栓(22)將實驗裝置呈十字對稱狀固定安裝在實驗法蘭的下法蘭(2)上；再將上法蘭(1)通過裝配螺栓(3)固定在下法蘭(2)上，其中，實驗裝置由頂桿(8)通過頂板(9)與上法蘭(1)的下表面形成頂觸，同時，將應變片分別安裝在上法蘭(1)以及上法蘭(1)和下法蘭(2)連接處的裝配螺栓(3)上，安裝完成后啟動檢測機構的位移動態采集儀(15)和檢測計算機(19)；

上法蘭(1)和下法蘭(2)的橫截面呈工字狀，上法蘭(1)的底面中心和下法蘭(2)的頂面中心分別設置有儲液沉孔(4)，上法蘭(1)或下法蘭(2)的儲液沉孔(4)上設置有注液口(5)；

2)、利用高壓泵站通過注液口(5)向上法蘭(1)和下法蘭(2)的儲液沉孔(4)中注水，使儲液沉孔(4)內壓力逐漸升高，儲液沉孔(4)內壓力達到上法蘭(1)和下法蘭(2)的額定壓力后，高壓泵站保壓至實驗結束；

實驗裝置包括液壓加載機構，液壓加載機構呈十字對稱狀設置，即上法蘭(1)與下法蘭(2)之間設置有4個液壓加載機構，液壓加載機構由限位座(6)、加載液壓缸(7)、頂桿(8)和頂板(9)構成；

3)、啟動液壓站，使液壓站的油壓持續升高，向實驗裝置X軸對稱設置的加載液壓缸(7)或Y軸對稱設置的加載液壓缸(7)或全部的加載液壓缸(7)中連續加壓，使加載液壓缸(7)依次通過下法蘭(2)、頂桿(8)和頂板(9)對上法蘭(1)施加一個持續升高的垂直頂升力，對上法蘭(1)和下法蘭(2)進行抗拉伸實驗；

4)、在進行步驟(3)的過程中，位移動態采集儀(15)分別連續采集裝配螺栓(3)上的應變片的位移信號，位移動態采集儀(15)采集位移信號后，將采集的位移信號實時傳遞至檢測計算機(19)中，檢測計算機(19)根據采集的位移信號換算并顯示裝配螺栓(3)受到的拉伸應力；

5)、在進行步驟(4)的過程中，持續記錄液壓站向加載液壓缸(7)加載的油壓數值；

6)、在進行步驟(3)對上法蘭(1)和下法蘭(2)進行抗拉伸實驗的過程中，終止抗拉伸實驗時，記錄終止抗拉伸實驗時加載的油壓數值，通過以下公式換算得到上法蘭(1)和下法蘭(2)的極限拉伸力：

F＝P×A?式1

式中，F為法蘭的上法蘭(1)和下法蘭(2)的拉伸力，N；P為終止實驗時，記錄的加載油壓數值，Mpa；A為對應加載有液壓的液壓加載機構的頂板(9)頂面面積之和，mm²；

計算極限拉伸力時，判斷上法蘭(1)和下法蘭(2)的連接處出現泄漏的依據是基于測得的拉伸應力與裝配螺栓的屈服極限之間的關系；

7)、改變高壓泵站注入儲液沉孔(4)內的水壓，重復步驟(2)的階梯式注水過程，再依次重復步驟3)—步驟6)，獲得在對應水壓條件下的上法蘭(1)和下法蘭(2)極限拉伸力；

8)、多次重復步驟7)，獲得上法蘭(1)和下法蘭(2)在不同工作壓力下的極限拉伸力；

9)、重復步驟2)，向上法蘭(1)和下法蘭(2)儲液沉孔中注入額定壓力的水壓；

10)、啟動液壓站，向粘貼有應變片的裝配螺栓(3)一側的一個或相鄰的兩個加載液壓缸(7)中加壓，使加載液壓缸(7)向上法蘭(1)提供一個持續升高的彎矩推力，對上法蘭(1)和下法蘭(2)進行抗彎矩實驗；

11)、在進行步驟(10)的過程中，持續記錄液壓站油壓的同時，位移動態采集儀(15)分別連續采集上法蘭(1)或裝配螺栓(3)上的應變片的位移信號，位移動態采集儀(15)采集位移信號后，將采集的位移信號實時傳遞至檢測計算機(19)中，檢測計算機(19)根據采集的位移信號換算并顯示上法蘭(1)和下法蘭(2)受到的單側拉伸應力和合成應力；

12)、在進行步驟10)的過程中，終止抗彎矩實驗時，記錄終止抗彎矩實驗時加載的油壓數值，通過式1和以下公式換算得到上法蘭和下法蘭的極限彎矩：

M＝F×R???????式2

式中，M為上法蘭(1)和下法蘭(2)的彎矩，Nm；R為加載液壓缸(7)中心軸線與上法蘭(1)中心軸線之間的距離，mm；

計算極限彎矩時，判斷上法蘭(1)和下法蘭(2)的連接處出現泄漏的依據是基于測得的拉伸應力與裝配螺栓的屈服極限之間的關系，以及基于測得的合成應力與上法蘭(1)和下法蘭(2)的Von?Mises應力之間的關系；

13)、多次改變高壓泵站注入儲液沉孔(4)內的水壓，重復步驟2)的階梯式注水過程，再依次重復步驟10)—步驟12)，獲得上法蘭(1)和下法蘭(2)在不同工作壓力下的極限彎矩；

所述的拉伸應力的換算公式為：

拉伸應力＝軸向應變×彈性模量??式3

式中：軸向應變為應變片測得的裝配螺栓(3)軸向上的線應變；彈性模量為裝配螺栓(3)的彈性模量，Mpa；

所述的合成應力計算方法為：通過采集的上法蘭(1)上應變片的線應變以及以下公式換算沿主應力方向的主應變：

式中：ε₁、ε₂為沿主應力方向的主應變，ε_0°為沿水平方向的線應變，ε_45°為與水平方向夾角45°的線應變，ε_90°為與水平方向夾角為90°的線應變；

通過主應變和以下公式計算主應力：

式中：σ₁、σ₂和σ₃分別為三個主應力方向的主應力，MPa；E為上法蘭(1)或下法蘭(2)的彈性模量，MPa；μ為上法蘭(1)或下法蘭(2)的泊松比；

通過主應變和以下公式計算合成應力：

式中：σ為范式應力，MPa。

2.根據權利要求1所述的一種超高壓非標準法蘭實驗方法，其特征在于：所述的步驟(2)的注水加壓過程為階梯式加載，每次加載的水壓為設定加載壓力的10％，加載設定加載壓力10％的壓力后保壓5min，確認無泄漏后，再依次重復上述過程繼續加壓，直至儲液沉孔(4)內壓力達到設定的加載壓力。