全文摘要
本实用新型公开了一种模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，试验中燃气管道埋设在土层中，炸药包放置在燃气管道露天段的上表面爆炸，大药量和小药量的炸药包分别做外接触爆炸后管壁破坏面会出现不同的破坏现象，其中包括凹痕、裂缝、穿孔等破坏现象，而且各种破坏现象的严重程度又不相同，因此需要通过监测仪器得到准确的量化数据包括振速、应变、位移、裂缝宽度、穿孔口径等。破坏数据采集的量测装置包括管道内部布置的振动速度传感器、管道内部应力应变测试元件、数据采集系统、计算机、近景摄影测量系统以及三维扫描仪。通过本实用新型可以获得可靠的接触爆炸下燃气管道的变形特性和破坏情况从而进行科学的抗爆性研究。
主设计要求
1.一种模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，其特征在于，包括炸药包、燃气试验管道、杂填土以及量测装置；燃气试验管道放置在地表上，埋设在杂填土之下且部分管段露天，炸药包的布设点设置在燃气试验管道的露天段上表面；量测装置包括应变片、振动速度传感器、数据采集仪、计算机、近景摄影测量系统以及三维扫描仪；燃气试验管道内部的左侧、右侧、上顶面和下底面上，沿轴向均布设多个应变片；振动速度传感器布设于燃气试验管道的轴线在内侧面的投影上；各个应变片、振动速度传感器分别通过数据线与数据采集仪连接，数据采集仪与计算机连接，近景摄影测量系统在选择好燃气试验管道的监测点之后，设置于监测点正前方安全距离以外；三维扫描仪，在爆炸结束后用于扫描破坏面进行三维重建计算。
设计方案
1.一种模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，其特征在于，包括炸药包、燃气试验管道、杂填土以及量测装置；
燃气试验管道放置在地表上，埋设在杂填土之下且部分管段露天，炸药包的布设点设置在燃气试验管道的露天段上表面；
量测装置包括应变片、振动速度传感器、数据采集仪、计算机、近景摄影测量系统以及三维扫描仪；燃气试验管道内部的左侧、右侧、上顶面和下底面上，沿轴向均布设多个应变片；振动速度传感器布设于燃气试验管道的轴线在内侧面的投影上；
各个应变片、振动速度传感器分别通过数据线与数据采集仪连接，数据采集仪与计算机连接，近景摄影测量系统在选择好燃气试验管道的监测点之后，设置于监测点正前方安全距离以外；
三维扫描仪，在爆炸结束后用于扫描破坏面进行三维重建计算。
2.如权利要求1所述的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，其特征在于，燃气试验管道埋在杂填土中的埋深为2m±0.5m，炸药包设置于距离燃气试验管道的管道端口1m±0.5m处。
3.如权利要求2所述的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，其特征在于，炸药包为圆柱形，底面直径7cm±2cm，炸药包分为大药量和小药量两种药量，炸药包内的炸药为乳化炸药。
4.如权利要求2所述的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，其特征在于，燃气试验管道的长度为8m±4m，内直径100cm±50cm，外直径102cm±50cm，材质为球墨铸管铁燃气试验管道。
5.如权利要求4所述的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，其特征在于，应变片分别设置于距离燃气试验管道内部距离爆炸端的管道端口4m±0.8m及6m±0.8m处，共8个应变片，振动速度传感器设置于燃气试验管道内部距离爆炸端的管道端口4m±0.8m及6m±0.8m处。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及爆破与管道工程技术领域，更具体地说，涉及一种模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统。
背景技术
随着城市化发展，输油、输气、输水等的管道几乎是城市最重要的生命线，不幸的是，恐怖袭击事件时有发生，近年来，在石油和天然气输送管道的路线上发生了多次爆炸。然而现有关于管道爆破方面的研究主要关注于远距离爆破对管道的动力响应特征，多局限于现场监测与数值模拟，而故意的爆炸(破坏或者恐怖袭击)会对管道造成严重的变形，尤其是接触爆炸，一般管道会直接遭到破坏。为了填补这个空白，本实用新型提供欲提供一种试验系统，来模拟恐怖袭击接触爆炸下燃气试验管道抗爆性的研究，从而利用本系统将收集到的数据进行科学分析，探索恐怖袭击接触爆炸下燃气试验管道抗爆性规律。
实用新型内容
本实用新型提供一种模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，尤其是恐怖袭击时的，根据现实情况的复杂性，综合考虑了不同的药量爆炸情况对燃气试验管道的影响，为燃气试验管道的优化设计提供科学依据。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统，包括炸药包、燃气试验管道、杂填土以及量测装置；
燃气试验管道放置在地表上，埋设在杂填土之下且部分管段露天，炸药包的布设点设置在燃气试验管道的露天段上表面；
量测装置包括应变片、振动速度传感器、数据采集仪、计算机、近景摄影测量系统以及三维扫描仪；燃气试验管道内部的左侧、右侧、上顶面和下底面上，沿轴向均布设多个应变片；振动速度传感器布设于燃气试验管道的轴线在内侧面的投影上；
各个应变片、振动速度传感器分别通过数据线与数据采集仪连接，数据采集仪与计算机连接，近景摄影测量系统在选择好燃气试验管道的监测点之后，设置于监测点正前方安全距离以外；
三维扫描仪，在爆炸结束后用于扫描破坏面进行三维重建计算。
进一步地，在本实用新型的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统中，燃气试验管道埋在杂填土中的埋深为2m±0.5m，炸药包设置于距离燃气试验管道的管道端口1m±0.5m处。
进一步地，在本实用新型的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统中，炸药包为圆柱形，底面直径7cm±2cm，炸药包分为大药量和小药量两种药量，炸药包内的炸药为乳化炸药。
进一步地，在本实用新型的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统中，燃气试验管道的长度为8m±4m，内直径100cm±50cm，外直径102cm± 50cm，材质为球墨铸管铁燃气试验管道。
进一步地，在本实用新型的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统中，应变片分别设置于距离燃气试验管道内部距离爆炸端的管道端口4m± 0.8m及6m±0.8m处，共8个应变片，振动速度传感器设置于燃气试验管道内部距离爆炸端的管道端口4m±0.8m及6m±0.8m处。
上述模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验系统的使用方法如下：
将燃气试验管道放置于试验现场，进行初步的稳固处理；
铺设好管道后，开始堆砌杂填土，其中回填土时不得损坏混凝土管道整体完整性及其防腐层，注意燃气试验管道应当露出2m±0.5m，作为爆炸端，杂填土层高度为3m±0.5m，根据城市杂填土层的密度，对杂填土层进行压实工作，并用贯入度试验来监测土体的压实度；
在燃气试验管道内部距离爆炸端4m±0.8m及6m±0.8m处，上下左右四点设置应变片，并将数据线从远离爆炸端引出管道，振动速度传感器同样设置于燃气试验管道内部距离爆炸端口4m±0.8m及6m±0.8m处，并将数据线从远离爆炸端引出管道；
在远离爆炸端，将应变片、振动速度传感器数据线通过数据采集仪与计算机相连；
在管道露出端上表面布置炸药包，药包位置距离管道端口1m±0.5m处，然后固定；选取小药量药包进行试爆；
确定好药包位置和药量之后，选取药包管道接触点作为监测点，在足够安全的距离外，设置好近景摄影量测系统；
在爆破工作开始之前，进行参数数据采集仪的调试工作以及各通道参数的设定，爆炸开始时采集数据，待爆炸结束，周围岩土体稳定后停止采集，保存数据；
观察管道破坏面的管壁裂缝宽度、孔洞口径、孔洞背面管壁翻唇情况，根据情况增减药量；
其中减少药量找到管道能够抗爆的小药量，在该小药量爆炸后能使管道裂缝、变形不同于穿孔的轻微破坏现象；
其中增大药量来分析大药量情况下管道的破坏情况，包括孔洞口径大小、孔洞背面管壁翻唇情况以及形成类似弹丸的破片。
进一步地，在本实用新型的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验方法，还包括数据处理步骤：
将震动速度传感器采集到的管道振动时程曲线v(t)进行一次积分，得到管道的位移衰减曲线，获得管道振动衰减规律。
进一步地，在本实用新型的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验方法中，还包括数据处理步骤：
利用管道的本构方程σ＝Εε，根据应变片采集到的管道动应变时程曲线ε (t)转化为管道的动应力衰减曲线σ(t)，获得管道的动力响应特征。
进一步地，在本实用新型的模拟接触爆炸时燃气试验管道抗爆性的试验方法中，还包括数据处理步骤：
根据近景摄影量测系统所采集到的数据结果精确分析监测点的位移变化、爆炸时管道的变形破坏过程，再用三维扫成像技术，比较分析不同药量造成的破坏面的口径大小，裂缝宽度破坏情况。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、目前关于管道动力响应特性方面的研究大多数采用数值模拟以及理论分析的手段，采用现场试验的方法进行研究，有助于提高了研究成果的可靠性以及增加研究手段的多样性。
2、本实用新型将药包分为大药量和小药量，探究了多种爆炸情况下的管道复杂的破坏特征，发现了大药量爆炸后会产生类似弹丸的飞片，甚至可能击穿另一侧管壁。
3、本实用新型采用的量测系统包括多种量测手段，获得管道振速、应变情况，尤其是采用近景摄影测量系统获得破坏时管道相应测点的位移变化，采用三维扫描成像技术来分析破坏面的孔洞特征。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1为本实用新型提供的管道与药包相对位置剖面示意图；
图2为动态应变测试的断面A和B的布置图；
图3为动态应变测试断面A的测点布置图；
图4为动态应变测试测点应变片布置图；
图5为在断面A和B的爆炸振动测点布置图；
图6为实施例某测点动态应变数据图；
图7为实施例某测点振动速度数据图。
具体实施方式
本实用新型提供一种模拟恐怖袭击接触爆炸下燃气试验管道抗爆性研究的试验系统及装置，根据现实情况的复杂性，综合考虑了不同的药量爆炸情况对燃气试验管道的影响，为燃气试验管道的优化设计提供科学依据。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实验步骤来对上述技术方案进行详细说明，而不是对本申请方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
将燃气试验管道10放置于试验现场，进行初步的稳固处理；
如图1所示，铺设好管道后，开始堆砌杂填土9，注意燃气试验管道10 应当露出2m，作为爆炸端，杂填土9层高度为3m，根据城市杂填土9层的密度等，对杂填土9层进行压实等工作，并用贯入度试验来检测土体的压实度；
如图2所示监测界面，在燃气试验管道10内部距离爆炸端4m、6m处，分别设置如图3所示的上下左右四点应变片，共8片，位于图1中的应变测点1 至8，应变片的黏贴方式如图4所示，并将数据线从远离爆炸端引出管道，应变片包括环向应变片12和轴向应变片13，图4中环向应变片12和轴向应变片13上面和下面的横线表示管壁101。振动速度传感器设置如图5所示，振动速度传感器布设于燃气试验管道10的轴线在内侧面的投影上，位于燃气试验管道10内部距离爆炸端口4m、6m的D1、D2处，将数据线从远离爆炸端引出管道；
在远离爆炸端，将应变片、振动速度传感器数据线通过数据采集仪与计算机相连
在距离管道露出端口1m处管道上表面布置小药量药包11例如50g，稍作固定；
确定好药包11位置和大小之后，选取药包管道接触点作为监测点，在足够安全的距离外，设置好近景摄影量测系统；
在爆破工作开始之前，进行参数数据采集仪的调试工作以及各通道参数的设定，爆炸开始时采集数据，待爆炸结束，周围岩土体稳定后停止采集，保存数据。
观察管道破坏面的管壁裂缝宽度、孔洞口径、孔洞背面管壁翻唇情况，根据情况增减药量；
其中减少药量找到管道能够抗爆的小药量，在该小药量爆炸后能使管道裂缝、变形等不同于穿孔的轻微破坏现象；
其中增大药量来分析大药量情况下管道的破坏情况，包括孔洞口径大小、孔洞背面管壁翻唇情况以及形成类似弹丸的破片。
进一步地，所述方法还包括数据处理步骤：
将震动速度传感器采集到的管道振动时程曲线v(t)进行一次积分，得到管道的位移衰减曲线，获得管道振动衰减规律。
进一步地，所述方法还包括数据处理步骤：
利用管道的本构方程σ＝Εε，根据应变片采集到的管道动应变时程曲线ε (t)转化为管道的动应力衰减曲线σ(t)，获得管道的动力响应特征。
进一步地，所述方法还包括数据处理步骤：
利用管道的本构方程σ＝Εε，根据管道的动态抗拉强度[σ]t反算炸药包 11的最大允许炸药量，获得管道的振动荷载承受能力。
进一步地，所述方法还包括数据处理步骤：
根据近景摄影量测系统所采集到的数据结果精确分析监测点的位移变化、爆炸时管道的变形破坏过程，再用三维扫成像技术，比较分析不同药量造成的破坏面的口径大小，裂缝宽度等破坏情况。
部分数据处理之后的结果如图6、图7所示。
本实用新型提供一种模拟恐怖袭击接触爆炸下燃气试验管道10抗爆性研究的试验系统及方法，根据现实情况的复杂性，综合考虑了不同的药量爆炸情况对燃气试验管道10的影响，为燃气试验管道10的优化设计提供科学依据。
上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920055946.6
申请日:2019-01-14
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:83(武汉)
授权编号:CN209802888U
授权时间:20191217
主分类号:G01N3/313
专利分类号:G01N3/313;G01N3/02;G01M7/08
范畴分类:31E;
申请人:中国地质大学（武汉）
第一申请人:中国地质大学（武汉）
申请人地址:430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号
发明人:蒋楠;唐啟琛;周传波;罗学东;孙金山;吴廷尧;夏宇磬;朱斌;张玉琦;刘子寒
第一发明人:蒋楠
当前权利人:中国地质大学（武汉）
代理人:孙妮
代理机构:42238
代理机构编号:武汉知产时代知识产权代理有限公司 42238
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计