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新拓三維應變測量系統在油氣管道在爆炸沖擊下的性能分析
閱讀：47 發布時間：2022-8-9隨著國民經濟發展及工業化水平提高，我國對石油、天然氣的需求量逐步增大。管道作為油氣、經濟、可靠的運輸方式，被稱為生命線工程，其結構安全性和可靠性日益突出并受到廣泛關注。
油氣運輸管網的不斷完善，多條管道并行敷設更密集，并行管道的里程也會持續上升，油氣管道的爆炸對相鄰管道的影響也愈大。所以，研究埋地管道對爆炸沖擊波的受力過程，分析油氣管道的抗爆性能越發迫切。
一、管道爆炸沖擊測量的需求
地下爆炸沖擊對結構造成的損傷和破壞，以及爆炸振動效應對建筑物和設備正常工作產生的影響是工程領域廣泛關注的課題。研究爆炸沖擊對材料和結構破壞特征和動力響應，有助于提升地下管道結構的抗沖擊防護能力。
自70年代中期開始，參照發達國際標準，“以強度保證安全"規定相應的管道設計，通過嚴格控制管道及其構件的強度和嚴密性確保管道系統的自身安全，油氣管道結構需嚴格測試防爆抗沖擊參數，以確保達到相應的標準要求。
二、傳統測試與新技術對比
爆炸沖擊過程中的瞬態變化快，采用傳統測量方式很難測量，而變化過程往往又十分復雜，沖擊應變過程與接觸材料的剛度、材料、接觸方式都有關系。
在測量方法的選擇、測量儀器的選擇上走入誤區，會導致測量結果錯誤。沖擊由于不同的沖擊方式，對傳感器的響應頻率、圖像采集頻率要求也不一樣。
傳統的接觸式測量，無法觀測高應變率的動態過程，也無法進行全視場測量，僅能測量少量局部點位移，漏掉關鍵位置易導致測試失敗，造成風險隱患等；利用DIC技術可以快速獲取全場三維變形和應變數據，可高速動態采集變形過程，讓產品開發人員對結構的力學行為有全局把握，且測量結果便于與仿真結果比對與評估。
三、新拓全場應變測量解決方案
新拓三維XTDIC-STROBE三維動態測量系統，采用高速相機采集管道爆炸沖擊全過程，并實時記錄并獲得數字圖像,利用DIC方法處理數字圖像得到三維變形場信息，從而分析管道在爆炸過程中的三維位移場及應變場，分析其動態變形破壞行為和力學性能，并評價其防護性能。
爆炸產生高能量密度的氣體，其劇烈的膨脹流動是造成結構損傷破壞和物體加速運動的根本原因。在此次油氣管道爆炸沖擊試驗中，XTDIC-STROBE三維動態測量系統配置的高速相機，可高速率進行拍攝，實現高分辨率捕捉爆炸沖擊全場變形過程，所有圖像采集的后處理分析在XTDIC-STROBE系統軟件中進行，以便于觀察油氣管道各個位置的位移應變。
根據符合實際的工況，對埋地油氣管道的物理爆炸沖擊進行了試驗模擬，分析管道的動力響應過程，在爆炸沖擊過程中實時觀測管道截面上個點的應力及應力變化過程，迎爆面上應力部位隨時間逐漸遷移的過程，爆炸沖擊膨脹流動情況及管道截面上應變變化如下圖所示：
針對不同爆距、當量、管道缺陷、不同土壤進行模擬分析，可測試管道的等效應力隨爆距增加呈指數衰減，隨當量增大呈線性增長，隨缺陷深度增加呈線性增大，利用XTDIC-STROBE三維動態測量系統可直接測量爆炸沖擊瞬態力學環境，并呈現管道結構的動態應變、位移和加速度等具體位置參數，準確地分析爆炸沖擊性能及管道結構全場應變。
通過定量分析爆炸沖擊對輸油氣管道產生的動力響應，同時基于多種工況下的數值模擬分析，結合實測應力應變數據，可精準掌握管道動態響應過程中動應力峰值，確定管道在特定工況下的極限載荷，以此作為有助于提升管道的力學載荷性能，合理制定管道的安全保護措施，對埋地輸氣管道的設計、施工和完整性管理具有一定的參考價值。