拉弯耦合腐蚀疲劳试验机 |
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| 申请号 | CN201710121613.4 | 申请日 | 2017-03-02 | 公开(公告)号 | CN106950116A | 公开(公告)日 | 2017-07-14 |
| 申请人 | 天津大学; | 发明人 | 余建星; 王华昆; 余杨; 樊志远; 刘晓强; 王彩妹; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种拉弯耦合 腐蚀 疲劳试验机，包括两个分别设置有固定支座29的立柱9、试件23通过 支撑 轴承 28置于固定支座29上。在第一个立柱9上固定有支撑 滑轮 1的斜撑4，轴向拉伸 载荷 通过滑轮1的吊绳2传递到 连接杆 33上，连接杆33与 圆锥滚子轴承 32内 轮毂 紧密配合，拉伸载荷通过圆锥滚子轴承32传递到拉伸载荷连接头31上，拉伸载荷连接头31与试件23的一端固定连接。试件23的另一端与固定连接有轴 力 平衡圆盘19的旋转连接头18固定连接，轴力平衡圆盘19的内侧均布设有万向轮20；在旋转连接头18的端部固定连接有从动轮16。试件23各通过一个加载轴承26与一个加载板27相连，侧向载荷施加在两个加载板27上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种拉弯耦合腐蚀疲劳试验机包括：用于测试处于腐蚀环境中的试件(23)的腐蚀疲劳特性，包括两个分别设置有固定支座(29)的立柱(9)、试件(23)分别通过两个支撑轴承(28)置于固定支座(29)上，其特征在于： |
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| 说明书全文 | 拉弯耦合腐蚀疲劳试验机技术领域背景技术[0002] 管道在深海油气运输中扮演重要的角色，在波流作用下，立管往往会发生涡激振动，涡激振动使得立管往复弯曲，实际深海立管由于顶部张紧器的存在轴向都会存在一个拉伸载荷，加上海水的腐蚀作用，立管的腐蚀疲劳失效是极其复杂的，因此为了探究这种复杂加载条件下立管的腐蚀疲劳可靠性，有必要研制出一套能模拟立管实际受力的腐蚀疲劳试验装置。 [0003] 目前用于对试件进行疲劳试验的装置很多，但腐蚀疲劳试验装置还较少，腐蚀疲劳试验机主要采用液压油缸驱动，如申请号为CN201220167449.3的“钛合金应力腐蚀疲劳试验机”。这种设备昂贵，试验费用也很高，其他腐蚀疲劳试验机主要有申请号为CN201110124491.7，CN201120153816.X，CN201110124491.7的 [0004] “往复弯曲腐蚀疲劳试验机”也有一定的局限性，以上这些设备的不足之处主要有： [0005] 1.设备结构复杂，造价高昂。 [0006] 2.液压腐蚀疲劳试验机在没有特殊辅助结构时一般只能施加轴向拉压载荷，其他腐蚀疲劳试验机往往只能实现单一加载(如往复弯曲加载，或拉压加载)，无法同时施加多种载荷，实现联合加载。 发明内容[0007] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种结构简单，使用方便，可用于模拟实际海洋立管拉弯载荷耦合条件下的腐蚀疲劳试验机，本发明的技术方案如下： [0009] 在第一个立柱9上固定有支撑滑轮1的斜撑4，轴向拉伸载荷通过滑轮1的吊绳2传递到连接杆33上，连接杆33与圆锥滚子轴承32内轮毂紧密配合，拉伸载荷通过圆锥滚子轴承32传递到拉伸载荷连接头31上，拉伸载荷连接头31与试件23的一端固定连接； [0010] 试件23的另一端与固定连接有轴力平衡圆盘19的旋转连接头18固定连接，轴力平衡圆盘19的内侧均布设置有万向轮20，万向轮20和位于第二个立柱9上的固定支座29之间设置有承压柱体21，轴力平衡圆盘19和万向轮20的作用主要是通过承压圆柱21将砝码3引起的轴向拉力传递到两个立柱9上，在实现水平方向的受力平衡同时保证试件23能围绕中心轴线旋转；在旋转连接头18的端部固定连接有从动轮16，电机12通过转轴13带动主动轮15，主动轮15驱动从动轮16；并设置有用于记录加载的循环数的转数记录仪17； [0011] 试件23各通过一个加载轴承26与一个加载板27相连，侧向载荷通过Y型拉杆5对称施加在两个加载板27上，使试件23中部保持纯弯曲的受力状态；支撑轴承28和加载轴承26允许试件围绕试件所在的中心轴发生旋转；从而能够实现旋转弯曲加载。 [0012] 作为优选实施方式，在试件23中部试验段位置设置有一个可开合的腐蚀槽24，腐蚀槽24的两端与试件23通过橡胶垫圈25密封连接。砝码7的重力载荷作为所述的侧向载荷通过Y型拉杆5对称施加在加载板27上，使试件23中部保持纯弯曲的受力状态，Y型拉杆5下部设置有竖向导槽6，竖向导槽6通过横撑8分别与位于两侧的立柱9紧固连接。 [0013] 本发明可用于模拟实际海洋管道拉弯载荷耦合条件下的腐蚀疲劳，具有以下优点： [0014] (1)精度较高，设备简易，原理简单，制作成本低，适用于实验室试验； [0015] (2)本装置可对管件进行拉弯耦合下的腐蚀疲劳试验，更接近工程实际，操作方便，效率高。 [0016] (3)通过电机调整转速可改变载荷频率，通过改变砝码3和7的重量可改变旋转弯曲应力幅和应力比，相比液压加载试验机成本低得多，从而有利于对疲劳因素进行全面的探究。 [0018] 图1整体布置图 [0019] 图中标号说明：1—滑轮；2—吊绳；3—砝码；4—斜撑；5—Y型拉杆；6—竖向导槽；7—砝码；8—横撑；9—立柱；10—腹板；11—固定支座；12—定电机；13—转轴；14—履带； 15—主动轮；16—从动轮；17—转数记录仪；18—旋转连接头；19—轴力平衡圆盘；20—万向轮；21—承压圆柱；22—螺柱；23—试件；24—腐蚀槽；25—橡胶垫圈；26—加载轴承；27—加载板；28—支撑轴承；29—固定支座；30—螺柱；31—拉伸载荷连接头；32—圆锥滚子轴承； 33—连接杆。 [0020] 图2拉力转换模块 [0021] 图中标号说明：30—螺柱；31—拉伸载荷连接头；32—圆锥滚子轴承。 [0022] 图3轴力转换模块 [0023] 图中标号说明：16—从动轮；18—旋转连接头；19—轴力平衡圆盘；20—万向轮；21—承压圆柱；22—螺柱。 [0024] 图4试件 [0025] 图中标号说明：22—螺柱；23—试件；30—螺柱。 具体实施方式[0026] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述： [0027] 参见图1-4，本发明的腐蚀疲劳试验装置，一种拉弯耦合腐蚀疲劳试验机包括：滑轮1置于斜撑4上，斜撑4与立柱9紧固连接，立柱9底部有腹板10，以提高结构的强度和稳定性。吊绳下方砝码3的重量通过吊绳2给试件施加轴向拉伸载荷。重力载荷通过吊绳2传递到连接杆33上，连接杆33与圆锥滚子轴承32内轮毂紧密配合，不能相对转动，这样拉伸载荷通过圆锥滚子轴承32传递到拉伸载荷连接头31上，拉伸载荷连接头31与试件23的左端通过螺柱30采用螺纹连接，这样拉伸载荷就能传递到试件23上。拉伸载荷连接头31和圆锥滚子轴承32保证了试件在轴向拉伸载荷下还能够实现旋转弯曲。试件23受四点纯弯载荷，其中支撑轴承28固定在固定支座29上，为试件23提供支撑，同时允许试件围绕试件所在的中心轴发生旋转。加载轴承26固定在加载板27上，用于给试件施加重力载荷，实现四点纯弯的受力状态。砝码7的重力载荷是通过Y型拉杆5对称施加在加载板27上的。其中竖向导槽6可防止Y型拉杆5左右移动，竖向导槽6通过横撑8与立柱9紧固连接。试件的右端主要是旋转弯曲加载机构(11-20)和轴向拉伸载荷平衡机构(19-22)：电机12置于固定支座11上，通过转轴13带动主动轮15，主动轮15通过履带14带动从动轮16，从动轮与旋转连接头18紧固连接，这样旋转连接头18就能通过试件22右端的螺柱22带动试件旋转，从而在轴承26的作用下实现旋转弯曲。需要注意的是：旋转连接头18上紧固连接轴力平衡圆盘19，圆盘19左端有一圈万向轮20，圆盘19和万向轮20的作用主要是通过承压圆柱21将砝码3引起的轴向拉力传递到立柱9上，在实现水平方向的受力平衡同时保证试件23能围绕中心轴线旋转。试件23中部试验段上装有一个可张合的腐蚀槽24，槽内盛有腐蚀溶液，腐蚀槽24与试件23通过橡胶垫圈25保证密封。转数记录仪17主要用于记录加载的循环数。 [0028] 根据试验目的的不同，可采取以下不同的实施方式： [0029] 纯弯疲劳试验时：先将试件23从图1左侧穿过轴承26和28，然后将试件右端的螺柱22与轴力转换模块(图3)上的螺纹进行连接。然后将砝码7安装到位，这时试件23就受到纯弯载荷，载荷大小等于砝码7重量的一半与轴承26与28之间的中心距离的乘积，此时即可进行试件23的纯弯疲劳试验。试验的加载频率由电机12的转速控制，疲劳载荷应力幅的大小由砝码7的重量确定。 [0030] 拉弯耦合疲劳试验时：在纯弯疲劳试验基础上，将拉力转换模块与试件左端的螺柱30进行连接，再将砝码3通过吊绳2和拉力转换模块(图2)给试件23施加一个轴向拉力。此时即可进行试件23的拉弯耦合疲劳试验。假设砝码3引起的拉力为T，试件试验段的面积为A，纯弯矩为M，试件半径为R，惯性矩为I，则拉弯耦合下试件上所受载荷的范围为：试件表面材料所受的应力比范围为： [0031] [0032] 即拉伸载荷不仅可以使试件承受复杂的受力状态，还能改变试验的应力比。因此该装置可方便的进行应力幅，应力比，加载频率影响的研究。 [0033] 腐蚀疲劳试验时：根据受力状态的不同选取合适的加载方式，再将腐蚀槽24安装到试件上，即可进行腐蚀疲劳研究。通过外加的循环系统可保持溶液新鲜，进行实时更换。 |
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