1.一种超高压自增强结构瞬态加载模拟试验装置,其特征在于:包括复合增速/调压缸(3)、液压泵站、气液增压系统、试件定位夹持机构、聚亚安酯加载机构、测试传感器、以及控制系统;
所述液压泵站包括后腔液压管路(1)、前腔液压管路(2)、电磁换向阀(19)、增压器(22)、主电机(23)、压力表(24)、单向阀(25)、油箱(31)、液压集成块(32)、空气过滤器(33)、齿轮泵(34)、增速蓄能器(35)、以及进油/回油口;主电机(23)的转轴通过增压器(22)与齿轮泵(34)的泵轴连接;齿轮泵(34)的进口与油箱(31)连通;齿轮泵(34)的出口和增速蓄能器(35)的油路均依次通过单向阀(25)、液压集成块(32)、后腔液压管路(1)与复合增速/调压缸(3)的后腔连通;齿轮泵(34)的出口和增速蓄能器(35)的油路均依次通过单向阀(25)、液压集成块(32)、前腔液压管路(2)与复合增速/调压缸(3)的前腔连通;
后腔液压管路(1)和前腔液压管路(2)交叉连通,且电磁换向阀(19)安装于后腔液压管路(1)和前腔液压管路(2)的连通口上;压力表(24)安装于齿轮泵(34)的出口上;空气过滤器(33)安装于进油/回油口上;进油/回油口开设于油箱(31)的箱壁上;
所述气液增压系统包括后腔气液管路(15)、前腔气液管路(16)、增压电磁阀(27)、气液转换器(28)、以及高压气瓶(29);高压气瓶(29)通过增压电磁阀(27)与气液转换器(28)连通;气液转换器(28)通过后腔气液管路(15)与复合增速/调压缸(3)的后腔连通;气液转换器(28)通过前腔气液管路(16)与复合增速/调压缸(3)的前腔连通; 所述试件定位夹持机构包括固定限位座(4)、中心架(5)、调节螺杆(6)、卡爪(10)、三爪卡盘(11)、卡盘固定座(12)、传动轴(13)、伺服电机(14)、直线导轨(20)、试件夹持定位底板(21)、试验台机座(30)、轴套(43)、轴承(44)、以及滑块(45);固定限位座(4)和直线导轨(20)均安装于试验台机座(30)上,且固定限位座(4)位于直线导轨(20)的后侧;滑块(45)滑动安装于直线导轨(20)上,且滑块(45)螺纹套接于传动轴(13)上;传动轴(13)的两端分别支撑于直线导轨(20)的前端面和后端面上;传动轴(13)的前端与伺服电机(14)的转轴连接;试件夹持定位底板(21)安装于滑块(45)的上表面;中心架(5)安装于试件夹持定位底板(21)的上表面后部;调节螺杆(6)沿径向插设于中心架(5)上;卡爪(10)安装于三爪卡盘(11)的后端面上;三爪卡盘(11)的前端依次通过轴套(43)、轴承(44)安装于卡盘固定座(12)上;卡盘固定座(12)安装于试件夹持定位底板(21)的上表面前部;
所述聚亚安酯加载机构包括连杆(37)、刚性环(38)、聚亚安酯加压棒(39)、压紧轴套(40)、锁紧螺母(41)、以及复合增速/调压缸(3)的活塞杆(47);连杆(37)的后端与复合增速/调压缸(3)的活塞杆(47)的前端连接;连杆(37)的后端支撑于固定限位座(4)上;刚性环(38)的后端面与固定限位座(4)的前端面紧贴;刚性环(38)、聚亚安酯加压棒(39)、压紧轴套(40)自后向前依次套装于连杆(37)上;锁紧螺母(41)拧固于连杆(37)的前端;
所述测试传感器包括传感器安装座(7)、激光位移传感器(8)、以及应变片(46);传感器安装座(7)安装于试件夹持定位底板(21)上;激光位移传感器(8)安装于传感器安装座(7)上;
所述控制系统包括工控机(18)、以及PLC控制器(26);工控机(18)的信号输入端分别连接激光位移传感器(8)的信号输出端、应变片(46)的信号输出端;工控机(18)的信号输出端通过PLC控制器(26)分别连接伺服电机(14)的信号输入端、电磁换向阀(19)的信号输入端、主电机(23)的信号输入端、单向阀(25)的信号输入端、增压电磁阀(27)的信号输入端、气液转换器(29)的信号输入端、增速蓄能器(35)的信号输入端。
2.一种超高压自增强结构瞬态加载模拟试验控制方法,该方法在如权利要求1所述的一种超高压自增强结构瞬态加载模拟试验装置中完成,其特征在于:该方法是采用如下步骤实现的:
a.选取圆筒状超高压试件(9),将圆筒状超高压试件(9)的后端支撑于中心架上,通过卡爪将圆筒状超高压试件(9)的前端支撑于三爪卡盘上,将激光位移传感器(8)安装于圆筒状超高压试件(9)的受试部位周围,将应变片(46)沿周向安装于圆筒状超高压试件(9)的外壁;同时,保证连杆的前端伸入圆筒状超高压试件(9)的内腔,并保证刚性环、聚亚安酯加压棒、压紧轴套、锁紧螺母均位于圆筒状超高压试件(9)的内腔;
b.当对圆筒状超高压试件(9)的受试部位进行瞬态加载模拟试验时,首先,根据瞬态加载模拟试验要求在工控机内设置圆筒状超高压试件(9)的理想加载压力曲线;然后,工控机控制伺服电机启动,伺服电机驱动传动轴进行旋转,传动轴驱动滑块沿直线导轨进行直线运动,滑块带动试件夹持定位底板进行直线运动,试件夹持定位底板带动圆筒状超高压试件(9)进行直线运动;待圆筒状超高压试件(9)运动至其受试部位与聚亚安酯加压棒位置对应时,工控机控制伺服电机关停;而后,工控机控制电磁换向阀和单向阀打开,并控制主电机启动;电磁换向阀和单向阀共同将前腔液压管路接通,并将后腔液压管路封闭;
主电机驱动齿轮泵运行,齿轮泵从油箱内抽取液压介质,并通过前腔液压管路将液压介质充入复合增速/调压缸的前腔;与此同时,工控机控制增压电磁阀打开,并控制气液转换器启动;增压电磁阀将前腔气液管路接通,并将后腔气液管路封闭;高压气瓶向气液转换器充气,气液转换器通过前腔气液管路将液压介质充入复合增速/调压缸的前腔;在来自齿轮泵的液压介质和来自气液转换器的液压介质的共同作用下,复合增速/调压缸的活塞杆带动连杆向后运动;连杆带动聚亚安酯加压棒、压紧轴套、锁紧螺母向后运动;压紧轴套、锁紧螺母、刚性环共同挤压聚亚安酯加压棒所在空间,聚亚安酯加压棒发生径向扩张,并沿径向挤压圆筒状超高压试件(9)的内壁,使得圆筒状超高压试件(9)的内压发生变化;最后,激光位移传感器和应变片共同检测到圆筒状超高压试件(9)的内压变化信号,并将内压变化信号发送至工控机;工控机根据内压变化信号拟合生成实际加载压力曲线,并将实际加载压力曲线与理想加载压力曲线进行对比;如果实际加载压力曲线与理想加载压力曲线相符,则完成一次瞬态加载模拟试验;如果实际加载压力曲线与理想加载压力曲线不相符,则工控机通过PLC控制器控制齿轮泵的转速和气液转换器的转换能力,以此控制液压介质充入复合增速/调压缸的前腔的速度,直至实际加载压力曲线与理想加载压力曲线相符为止;
c.当需要将圆筒状超高压试件(9)的内压保持一段时间时,工控机控制增速蓄能器启动;增速蓄能器通过前腔液压管路将压力充入复合增速/调压缸的前腔,以此使得连杆保持静止,进而使得圆筒状超高压试件(9)的内压保持恒定;
d.当需要结束对圆筒状超高压试件(9)进行瞬态加载模拟试验时,工控机控制电磁换向阀换向和单向阀打开,并控制主电机启动;电磁换向阀和单向阀共同将后腔液压管路接通,并将前腔液压管路封闭;主电机驱动齿轮泵运行,齿轮泵从油箱内抽取液压介质,并通过后腔液压管路将液压介质充入复合增速/调压缸的后腔;与此同时,工控机控制增压电磁阀打开,并控制气液转换器启动;增压电磁阀将后腔气液管路接通,并将前腔气液管路封闭;高压气瓶向气液转换器充气,气液转换器通过后腔气液管路将液压介质充入复合增速/调压缸的后腔;在来自齿轮泵的液压介质和来自气液转换器的液压介质的共同作用下,复合增速/调压缸的活塞杆带动连杆向前复位;连杆带动聚亚安酯加压棒、压紧轴套、锁紧螺母向前复位;压紧轴套、锁紧螺母、刚性环停止挤压聚亚安酯加压棒所在空间,聚亚安酯加压棒沿径向复位,并释放对圆筒状超高压试件(9)的内壁的挤压,直至圆筒状超高压试件(9)的内压不再发生变化为止。
3.根据权利要求2所述的超高压自增强结构瞬态加载模拟试验控制方法,其特征在于:所述步骤b中,当聚亚安酯加压棒为凸台形聚亚安酯加压棒时,理想加载压力曲线为正弦波形理想加载压力曲线;当聚亚安酯加压棒为高凸台形聚亚安酯加压棒时,理想加载压力曲线为三角波形理想加载压力曲线;当聚亚安酯加压棒为层叠圆台形聚亚安酯加压棒时,理想加载压力曲线为膛压形理想加载压力曲线。