一种内压圆筒压力试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型为一种用于复合材料压力容器的内压圆筒压力试验系统，尤其涉及一 种基于普通压力机的内压圆筒压力试验系统，属于检验装备技术领域。
【背景技术】
[0002] 内压圆筒应用领域广泛，现阶段我国内压圆筒的主要使用材料是钢材，而钢材材 料本身综合性能有着一定的限制，给内压圆筒的制造带来了一定的弊端。而复合材料作 为一种具有可设计性强、材料与结构具有同一性、比强度高、比刚度高等优越性能的新型材 料，应用于内压圆筒具有非常多的优点：（1)复合材料内压圆筒重量较轻、刚度和强度高；
[2] 复合材料较之金属材料能够更为有效地传递载荷，提高材料的断裂韧性；（3)能满足耐 腐蚀的要求。而在该类圆筒的制造过程中，为检验其承压性能，开展压力试验必不可少。根 据 GB150-1998、GB/T5563-2006、GB/T15560-1995、GBT4546-2008 规定，目前针对内压圆筒 的压力试验通常采用水压试验或气压试验方法进行。传统液压试验一般选用水作为传动介 质，而水具有的粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高等特点使得液压试验出现易发生 泄漏、液压元件易被磨损和腐蚀以及抗气蚀能力差等缺陷，且由于复合材料本身的材料特 性受温度影响较大，因此传统液压试验对液体温度要求较高。而一般气压试验要求严格，危 险性很大，气压的爆破力非常强，对试验场所的安全措施要求非常高，且试验之前必须对容 器主要缝隙进行100%无损探伤。并且，无论是气压试验还是液压试验都只能在专用试验设 备上进行，因该类测试系统中压力传递介质为液体或气体，实验设备必须具有盛装液体或 气体的管路或部件，并且试验过程中需对试验圆筒采取加封头或内胆的方式进行密封，试 验之前必须进行气密性试验，使得试验设备结构复杂、试验过程操作不便，并且在实验过程 中圆筒破裂后，压力传递介质对试验现场污染严重，现场人员和设备的防护难度大。因此， 有必要提供一种结构简单、操作方便、现场污染小、便于防护的压力试验系统和方法。 【实用新型内容】
[0003] 有鉴于此，本实用新型提供了一种内压圆筒压力试验系统，试验过程中无需对试 验圆筒采取特殊的密封措施，试验现场污染小，防护措施简便。
[0004] 一种内压圆筒压力试验系统，包括压力机、上压盘、压缩体、下压盘、试验圆筒、底 座、压力传感器、变形测定组件（应变片或引伸仪）和工作台；
[0005] 所述压缩体由固体弹性材料制成并呈圆柱状；
[0006] 所述底座的上表面加工有两级台阶孔，下表面加工有圆柱形凸台，台阶孔与圆柱 形凸台的中心轴线同轴；
[0007] 所述变速测定组件用于测定、记录压力机机头的轴向位移；
[0008] 所述工作台的上表面上加工有中心定位槽；
[0009] 所述底座的圆柱形凸台与工作台的中心定位槽配合后固定连接，所述压力传感器 位于底座的第二级台阶孔的底面上，所述试验圆筒的底面与底座的第一级台阶面接触，所 述上压盘、压缩体和下压盘由上至下依次套装在试验圆筒内，下压盘的底面与压力传感器 的上表面接触，下压盘位于试验圆筒外部的外圆周面与底座的第二级台阶孔的内圆周面接 触；所述变形测定组件位于压力机压头的侧方，所述压力机位于上压盘的正上方。
[0010] 进一步地，为了防止在压缩过程中压缩体挤入压盘和试验圆筒之间导致试样无法 失效以及压盘无法取下，当压力值超过150-200MPa时，在压缩体与上压盘、下压盘间塞入 尼龙垫片，利用尼龙受压后的泊松扩张作用，防止压缩体挤入压盘和试样之间，起到闭气环 的作用。
[0011] 有益效果：本实用新型与传统水压试验和气压试验系统相比，可在普通压力机上 进行试验，试验圆筒无需加装特殊的密封装置，实验过程中圆筒试样失效（破碎）后，弹性 压缩体泄压速度快，试验现场无水、气、油等传统介质对试验现场的污染，无需特殊防护措 施，且破坏试样碎片易于回收，利于试验后的分析工作，达到了简化测试系统、操作简单、降 低污染、便于防护的目的，而且试验圆筒材料无特殊限制，适用于金属、陶瓷、复合材料等多 种圆筒的压力试验，有利于利用推广应用。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的整体结构轴测图。
[0013] 图2为本实用新型的整体结构剖面图。
[0014] 其中，1-上压盘，2-压缩体，3-试验圆筒，4-底座，5-变形测定组件，6-压力机， 7-下压盘，8-压力传感器，9-工作台。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
[0016] 如附图1和2所示，本实用新型提供了一种内压圆筒压力试验系统，包括压力机6、 上压盘1、压缩体2、下压盘7、试验圆筒3、底座4、压力传感器8、变形测定组件5和工作台 9 ；
[0017] 所述压缩体2由固体弹性材料制成并呈圆柱状；
[0018] 所述底座4的上表面加工有两级台阶孔，下表面加工有圆柱形凸台，台阶孔与圆 柱形凸台的中心轴线同轴；
[0019] 所述工作台9的上表面上加工有中心定位槽；
[0020] 所述底座4的圆柱形凸台与工作台9的中心定位槽配合后固定连接，所述测压组 件8位于底座4的第二级台阶孔的底面上，所述试验圆筒3的底面与底座4的第一级台阶面 接触，所述上压盘1、压缩体2和下压盘7由上至下依次套装在试验圆筒3内，下压盘7的底 面与压力传感器8的上表面接触，下压盘7位于试验圆筒3外部的外圆周面与底座4的第 二级台阶孔的内圆周面接触；所述变形测定组件位于压力机压头的侧方，所述压力机6位 于上压盘1的正上方。
[0021] 试验步骤如下
[0022] 第一步：将压缩体装入试验圆筒中部，然后从试验圆筒两端分别装入上压盘和下 压盘，保证上压盘、下压盘、压缩体三者轴线重合；
[0023] 第二步：将压力传感器置于下压盘的正下方；将变形测定组件固定于工作台上， 其感应器件放置于压力机压头的一侧；
[0024] 第三步：利用紧固组件将上压盘、压缩体、下压盘、试验圆筒和压力传感器固定于 工作台上，并确保上述部件与压力机压头的轴线重合；
[0025] 第四步：启动压力机，用不同增压速率压缩压缩组件，观察压力传感器和变形测定 组件所得数据，检查其工作状态是否正常。如果出现异常，重复步骤二、三、四，直到正常为 止；
[0026] 第五步：控制压力机加压速率，调节内压和加载过程进行内压试验；
[0027] 第六步：读取压力传感器和变形测定组件记录数据，获得压缩体在试验过程中实 际承受的轴向应力和应变变化历史，可得到实验过程中内压变化过程。
[0028] 压缩体承受的轴向压力与产生的径向压力之间的关系推导过程如下。
[0029] 取X方向为圆柱轴向，利用胡克定律，可得到下式：
[0031] 式中：ε x-弹性体的轴向应变；
[0032] σχ、〇r、σ 弹性体x、r、Θ方向的应力；
[0033] E-弹性体材料的模量；
[0034] μ -弹性体材料的泊松比。
[0035] 认为试验过程中弹性体处于轴对称状况，则有：
[0036] 〇 r - 〇 0
[0037] 带入⑴式，对其进行简化处理可得：
[0039] 若用？1表示内压，对于内压测试试样，在内表面处有：
[0040] P1=-Or
[0041] 带入⑵式，可得：
[0043] 本实用新型中，压缩体选用不可压缩线弹性材料，因此μ = 0.5,带入式（3)则 有：
[0045] 式中，为压缩体中一给定应变值的弹性应力值。上式⑷即为压缩体轴压与内 压之间的关系式，测得弹性体轴向应力σχ和位移ε x，即可得到圆筒内压Pp
[0046] 如果在试验过程中，压缩体出现了大变形，此时，工程应力应变值计算所得出的内 压结果不再准确，应采用真实应力应变值。工程应力应变值和真实应力应变值有式（5)所 不关系：
[0048] 式中4，#一弹性体的轴向真实应力、应变；
[0049] ε，σ -弹性体的轴向工程应力、应变；
[0050] 此时，压缩体的杨氏模量满足于另一种应力应变关系：
[0053] 将（7)式带入（4)式，可以得到在大变形情况下的压缩体轴压与内压之间的关系 式：
[0055] 由于内压会受压缩弹性体应力分布的影响，要达到一给定所需内压，直径越小，需 要加载的轴向压缩载荷越小，因此，该测试手段更适用于小直径圆筒试样。
[0056] 综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的 保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种内压圆筒压力试验系统，包括压力机（6)、上压盘（I)、压缩体（2)、下压盘（7)、 试验圆筒（3)、底座（4)、压力传感器（8)、变形测定组件（5)和工作台（9); 所述压缩体（2)由固体弹性材料制成并呈圆柱状； 所述底座（4)的上表面加工有两级台阶孔，下表面加工有圆柱形凸台，台阶孔与圆柱 形凸台的中心轴线同轴； 所述工作台（9)的上表面上加工有中心定位槽； 所述底座（4)的圆柱形凸台与工作台（9)的中心定位槽配合后固定连接，所述压力传 感器（8)位于底座（4)的第二级台阶孔的底面上，所述试验圆筒（3)的底面与底座（4)的 第一级台阶面接触，所述上压盘（1)、压缩体（2)和下压盘（7)由上至下依次套装在试验圆 筒（3)内，下压盘（7)的底面与测压组件（8)的上表面接触，下压盘（7)位于试验圆筒（3) 外部的外圆周面与底座（4)的第二级台阶孔的内圆周面接触；所述变形测定组件（5)位于 压力机压头的侧方，所述压力机（6)位于上压盘（1)的正上方。2. 如权利要求1所述的内压圆筒压力试验系统法，其特征在于，所述固体弹性材料为 娃橡胶。3. 如权利要求1所述的内压圆筒压力试验系统，其特征在于，当压力值超过 150-200MPa时，在压缩体（2)与上压盘（1)、下压盘（7)间塞入尼龙垫片。
【专利摘要】本实用新型公开了一种内压圆筒压力试验系统，属于检验装备技术领域。该系统采用固体弹性材料代替传统压缩介质，并将固体弹性材料加工成圆柱状压缩体装填于试验圆筒内，压缩体在轴向压缩力作用下产生径向膨胀，对试验圆筒产生内压力；通过控制压力机加载速率获得预期内压以及加载过程。实验过程中若试验圆筒失效，因压缩体易于被压缩，试验圆筒内的压力会迅速下降，大量能量被压缩体吸收，本实用新型可大大降低剩余能量对试验现场设备和人员的破坏能力。
【IPC分类】G01N3/02, G01N3/08
【公开号】CN204831919
【申请号】CN201520528940
【发明人】皮爱国, 刘柳, 左腾, 田春雷, 黄风雷
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月20日