一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及工程材料结构件力学性能测试方法领域，还涉及一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试方法、装置及系统。

背景技术

带凸起薄壁管是一种外型像规则的波浪样的管材，常用带凸起薄壁管材质包括碳钢、不锈钢、钢质衬塑、铝合金等等。带凸起薄壁管作为敏感元件、减震元件、补偿元件、密封元件、阀门元件及管路连接件，广泛应用于自动控制和测量仪表、真空技术、机械工业、电力工业、交通运输及原子能工业等领域。

由于带凸起薄壁管应用领域广泛、工作环境状态复杂，其成型后构件的性能水平将直接决定带凸起薄壁管的服役安全性。拉伸试验是材料力学性能表征中最基本的试验方法。由于带凸起薄壁管结构特殊，国内外现行拉伸性能测试标准中的测试方法无法实现凸起部分性能测试，不同种类、不同形状带凸起薄壁管凸起处环向性能水平处于空白状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试方法、装置及系统，实现凸起处环向性能检测的问题，该测试方法适用于带凸起薄壁管结构件生产过程中环向力学性能评估，填补由于试样尺寸限制而造成标准试样无法取样带来的性能数据空缺，为结构件安全服役提供数据支撑。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试方法，包括：

获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列；

根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度。

可选的，获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列，包括：

获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的测试数据组，每个数据组包括拉伸测试时的力与对应的时间；

将多个时间点进行拉伸测试的测试数据组，按照时间顺序排列形成所述数据序列。

可选的，带凸起薄壁管试样在拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，包括：

通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，其中，所述第一试样夹具在与带凸起薄壁管试样的凸起部分具有与所述凸起对应的开槽，所述第二试样夹具有凸起。

可选的，所述第二试样夹具的凸起部分尺寸与试样凸起部分内侧空间相同。

可选的，通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，包括：

通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机的夹头上楔形夹块上进行拉伸测试。

可选的，所述带凸起薄壁管试样的平直圆筒段宽度不小于20mm，且凸起部分不同部位壁厚相同。

可选的，每个带凸起薄壁管试样环向至少取三件平行试样。

可选的，根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度，包括：根据所述拉伸数据序列中的最大力值除以所述带凸起薄壁管试样的原始截面积，得到带凸起薄壁管试样的抗拉强度。

本发明还提供一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试装置，包括：

获取模块，用于获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列；

处理模块，用于根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度。

本发明还提供一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试系统，包括：拉伸试验机以及如上述的带凸起薄壁管的抗拉强度的测试装置，所述获取模块获取所述拉伸试验机输出的多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列。

本发明的上述方案至少包括以下有益效果：

本发明的上述方案，通过获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列；根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度。实现凸起处环向性能检测，该测试方法适用于带凸起薄壁管结构件生产过程中环向力学性能评估，填补由于试样尺寸限制而造成标准试样无法取样带来的性能数据空缺，为结构件安全服役提供数据支撑。

附图说明

图1是本发明的带凸起薄壁管的抗拉强度的测试方法流程图；

图2是本发明的性能测试单凸起薄壁管示意图；

图3是本发明带凸起薄壁管试样的正视图；

图4是本发明带凸起薄壁管试样的俯视图；

图5是本发明第一试样夹具示意图；

图6是本发明第二试样夹具示意图。

附图标记：

1、夹具定位块；2、第一试样夹具开槽；3、夹具定位槽；4、第二试样夹具凸起；5、工作段；6、夹持段；7、过渡弧。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明的实施例提出一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试方法，包括：

步骤S1、获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列；

步骤S2、根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度。

本实施例中，如图2所示，参照待测带凸起薄壁管制备工艺，制备单凸起薄壁管件，保证性能测试用单凸起薄壁管凸起形状及成型方法与实际待测带凸起薄壁管相同。

该实施例通过获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列；根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度。实现凸起处环向性能检测，该测试方法适用于带凸起薄壁管结构件生产过程中环向力学性能评估，填补由于试样尺寸限制而造成标准试样无法取样带来的性能数据空缺，为结构件安全服役提供数据支撑。

如图3和图4所示，将带凸起薄壁管沿凸起处环向下样，获得带凸起薄壁管试样；

本发明一可选的实施例中，所述带凸起薄壁管试样的平直圆筒段宽度不小于20mm，且凸起部分不同部位壁厚相同。

优选的，带凸起薄壁管试样的长度为40mm，其中，平直圆桶段宽度为15mm，工作段5长度为15mm。

具体的，将带凸起薄壁管沿凸起处环向下样，将弧形片状试样进行线切割精加工，保留凸起处作为工作段5，在平直圆筒段加工夹持段6并切取过渡弧7。

具体的，该测试方法主要针对带凸起薄壁管结构特殊、服役环境状态复杂的问题，通过非标准拉伸性能检测方法，确定带凸起薄壁管凸起处环向力学性能水平，实现对构件服役安全性进行评估。

本发明一可选的实施例中，步骤S1，包括：

S11、获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的测试数据组，每个数据组包括拉伸测试时的力与对应的时间；

S12、将多个时间点进行拉伸测试的测试数据组，按照时间顺序排列形成所述数据序列。

本实施例中，抗拉强度数值通过拉伸试验机读取力-时间曲线获得，用最大力值除以试样工作段5原始截面积。

本发明一可选的实施例中，如图5和图6所示，步骤S11中，带凸起薄壁管试样在拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，包括：

通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，其中，所述第一试样夹具在与带凸起薄壁管试样的凸起部分具有与所述凸起对应的开槽2，所述第二试样夹具有凸起4。

本实施例中，所述通过第一试样夹具和第二试样夹具的夹持面为与试样具有相同角度的圆弧面。第一试样夹具和第二试样夹具采用类似于平板夹持的夹持段面接触的夹持方式，设计专用夹具，并在凸起部分凸起一侧的夹具上开槽，另一侧的夹具上增加凸起。

本发明一可选的实施例中，所述第二试样夹具的凸起4部分尺寸与试样凸起部分内侧空间相同。

本实施例中，所述第二试样夹具凸起4部分尺寸与带凸起薄壁管试样凸起部分内侧空间相同，拉伸过程中对试样凸起部分起支撑作用。

本发明一可选的实施例中，通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，包括：

通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机的夹头上楔形夹块上进行拉伸测试。

本申请中带凸起薄壁管试样的性能测试通过拉伸试验实施，测试指标为抗拉强度。对于强度较低的带凸起薄壁管，拉伸试验采用机械式夹头，在小吨位试验机上进行；对于强度较高的带凸起薄壁管，拉伸试验采用液压式夹头，在大吨位试验机上进行。所述小吨位试验机指代最大载荷不超过10KN的拉伸试验机，大吨位试验机指代最大载荷大于10KN的拉伸试验机。

所述强度较低的带凸起薄壁管指代凸起处环向抗拉强度小于500MPa的带凸起薄壁管，强度较高的带凸起薄壁管指代凸起处环向抗拉强度大于等于500MPa的带凸起薄壁管。

本实施例中，所述第一试样夹具上设置与开槽垂直且不相交的凸起，即夹具定位块1，所述第二试样夹具上设置与凸起垂直且不相交的开槽，即夹具定位槽3，夹具定位块1和夹具定位槽3，夹具定位块1嵌入夹具定位槽3，用于固定第一试样夹具和第二试样夹具；第一试样夹具和第二试样夹具紧密接触，用于固定带凸起薄壁管试样。

本发明一可选的实施例中，步骤S2，包括：

根据所述拉伸数据序列中的最大力值除以所述带凸起薄壁管试样的原始截面积，得到带凸起薄壁管试样的抗拉强度。

本实施例中，抗拉强度通过拉伸试验机读取力-时间曲线获得，用最大力值除以试样工作段5原始截面积。带凸起薄壁管试样的原始截面积利用工业CT对带凸起薄壁管试样工作段5进行扫描3D成型，取与工作段5弧面垂直平面与工作段5相切，利用工业CT自带的计算软件自动计算横截面积。

通过工业CT扫描断层图像实现被测物体的几何尺寸以及曲面测量，计算目标的长宽高、面积、表面积、体积等各种几何参数，目前已广泛应用于攻坚内外部几何尺寸测量、工业产品质量检测等工业领域。

本发明一可选的实施例中，每个带凸起薄壁管试样环向至少取三件平行试样。

本实施例中，所述沿凸起处环向下样数量至少为3件。对每一件带凸起薄壁管试样测试并获取抗拉强度，取3件带凸起薄壁管试样的抗拉强度的平均值作为带凸起薄壁管的抗拉强度。

本发明的上述实施例，通过步骤1：试样制备，参照待测带凸起薄壁管制备工艺，制备单凸起薄壁管一件，保证性能测试用单凸起薄壁管凸起形状及成型方法与实际待测带凸起薄壁管相同。沿凸起处环向下样，将弧形片状试样进行线切割精加工，保留凸起处作为工作段5，在平直圆筒段加工夹持段6并切取过渡弧7。步骤2：试样装夹，采用类似于平板夹持的夹持段面接触的夹持方式，设计专用夹具，并在凸起部分凸起一侧的夹具上开槽，另一侧的夹具上增加凸起。步骤3：性能测试，通过拉伸试验实施，测试指标为抗拉强度。对于强度较低的带凸起薄壁管，拉伸试验采用机械式夹头，在小吨位试验机上进行；对于强度较高的带凸起薄壁管，拉伸试验采用液压式夹头，在大吨位试验机上进行。步骤4：数据处理，抗拉强度数值通过拉伸试验机读取力-时间曲线获得，用最大力值除以试样工作段5原始截面积，实现了凸起处环向性能检测。

本发明的实施例还提供一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试装置，包括：

获取模块，用于获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列；

处理模块，用于根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度。

可选的，获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列，包括：

获取带凸起薄壁管试样被拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试的测试数据组，每个数据组包括拉伸测试时的力与对应的时间；

将多个时间点进行拉伸测试的测试数据组，按照时间顺序排列形成所述数据序列。

可选的，带凸起薄壁管试样在拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，包括：

通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，其中，所述第一试样夹具在与带凸起薄壁管试样的凸起部分具有与所述凸起对应的开槽2，所述第二试样夹具有凸起4。

可选的，所述第二试样夹具的凸起部分尺寸与试样凸起部分内侧空间相同。

可选的，通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机在多个时间点进行拉伸测试，包括：

通过第一试样夹具和第二试样夹具，将带凸起薄壁管试样夹持到拉伸试验机的夹头上楔形夹块上进行拉伸测试。

可选的，所述带凸起薄壁管试样的平直圆筒段宽度不小于20mm，且凸起部分不同部位壁厚相同。

可选的，每个带凸起薄壁管试样环向至少取三件平行试样。

可选的，根据所述拉伸数据序列以及带凸起薄壁管试样的原始截面积，获得带凸起薄壁管试样的抗拉强度，包括：根据所述拉伸数据序列中的最大力值除以所述带凸起薄壁管试样的原始截面积，得到带凸起薄壁管试样的抗拉强度。

上述方法的实施例均适用于该实施例中，也能达到相同的技术效果。

本发明的实施例还提供一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试系统，包括：拉伸试验机以及如上所述的带凸起薄壁管的抗拉强度的测试装置，所述获取模块获取所述拉伸试验机输出的多个时间点进行拉伸测试的拉伸数据序列。上述方法的实施例均适用于该实施例中，也能达到相同的技术效果。

下面通过实例对本发明一种带凸起薄壁管凸起处环向力学性能测试方法做详细说明。实例为一种高强钢薄壁管，该薄壁管作为一种连接件应用于机械工业领域。一种带凸起薄壁管凸起处环向力学性能测试方法实施步骤为：

步骤1：试样制备

参照待测高强钢带凸起薄壁管制备工艺，制备单凸起薄壁管一件，使其凸起形状及成型方法与实际构件相同，且凸起处不同部位壁厚相同，性能测试用带凸起薄壁管局部示意图如图2所示。沿凸起处环向下样，每件薄壁管环向至少取三件平行试样。将弧形片状试样进行线切割精加工，保留凸起处作为工作段5，在平直圆筒段加工夹持段6并切取过渡弧7，试样加工尺寸图见附图3和图4所示。

步骤2：试样装夹

试样装夹，即第一试样夹具和第二试样夹具采用夹持段面接触的方式，专用夹具实物图见附图5和图6。专用夹具通过试验机夹头上楔形夹块固定在试验机上，专用夹具与试样夹持段接触部分与试样具有相同角度的圆弧面。

步骤3：性能测试

性能测试通过拉伸试验实施，测试指标为抗拉强度。拉伸试验采用液压式夹头，在最大载荷为20kN试验机上进行，拉伸速度选取位移控制1mm/min。

步骤4：数据处理

抗拉强度数值通过拉伸试验机读取力-时间曲线获得，用最大力值除以试样工作段5原始截面积。其中工作段5原始截面积利用工业CT对试样工作段5进行扫描3D成型，取与工作段5弧面垂直平面与工作段5相切，利用计算软件计算横截面积。测试结果及统计值见表1。

表1带凸起薄壁管环向力学性能测试结果

对三个带凸起薄壁管试样分别求取抗拉强度，并做平均，所得值为带凸起薄壁管的抗拉强度。

本发明主要针对带凸起薄壁管应用领域广泛、工作环境状态复杂、国内国际标准试验方法无法实现凸起处环向性能检测的问题，建立一种带凸起薄壁管的抗拉强度的测试方法。该测试方法适用于带凸起薄壁管结构件生产过程中环向力学性能评估，填补由于试样尺寸限制而造成标准试样无法取样带来的性能数据空缺，为结构件安全服役提供数据支撑。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行，某些步骤可以并行或彼此独立地执行。对本领域的普通技术人员而言，能够理解本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算装置(包括处理器、存储介质等)或者计算装置的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在阅读了本发明的说明的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的。

因此，本发明的目的还可以通过在任何计算装置上运行一个程序或者一组程序来实现。所述计算装置可以是公知的通用装置。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者装置的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本发明，并且存储有这样的程序产品的存储介质也构成本发明。显然，所述存储介质可以是任何公知的存储介质或者将来所开发出来的任何存储介质。还需要指出的是，在本发明的装置和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。并且，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。