一种基于dic的液压管路接头侧向力测试方法
阅读说明：本技术 一种基于dic的液压管路接头侧向力测试方法 (Hydraulic pipeline joint lateral force testing method based on DIC ) 是由 侯磊 陈毅 昌泽元 梁廷伟 徐浚之 靳宇宏 于 2021-01-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于DIC的液压管路接头侧向力测试方法,包括如下步骤：步骤一、采用DIC双目识别测振系统测量液压管路接头位移；步骤二、根据测试所得的位移数据,采用Abaqus有限元仿真软件,计算液压管路接头侧向力。本发明采用DIC双目识别测振系统,直接检测管路指定位置的位移,可检测的范围广,且能获取较长时间段内管路的振动情况。而后通过数据分析,得到液压管路的振动位移和相对位移,并结合有限元仿真,计算指定的管路位置的侧向力。(The invention relates to a hydraulic pipeline joint lateral force testing method based on DIC, which comprises the following steps: measuring displacement of a hydraulic pipeline joint by adopting a DIC binocular identification vibration measurement system; and step two, calculating the lateral force of the hydraulic pipeline joint by adopting Abaqus finite element simulation software according to the displacement data obtained by testing. The invention adopts the DIC binocular recognition vibration measurement system to directly detect the displacement of the specified position of the pipeline, has wide detectable range and can acquire the vibration condition of the pipeline in a longer time period. And then, obtaining the vibration displacement and the relative displacement of the hydraulic pipeline through data analysis, and calculating the lateral force of the specified pipeline position by combining finite element simulation.)
技术领域
本发明属于液压管路领域，具体涉及一种基于DIC的液压管路接头侧向力测试方法。
背景技术
近年来，随着液压系统朝着高压化，大功率方向发展，液压管路的振动问题逐渐突出，而由于振动引发的管路接头侧向力往往是造成管路接头失效的重要原因。目前，针对管路接头侧向力的计算主要是通过理论分析和有限元仿真，其模型均需要进行简化，计算结果往往不能很好的吻合工程实际问题。
现代液压管路由于功率高，压力大，在工作过程中，管路往往会发生较为剧烈的振动，产生较大的侧向力，造成管路接头破坏，引发漏油和渗油等问题。目前针对液压管路振动的分析大多是基于理论分析和有限元分析，这两种方法可以剖析管路的振动情况，展示管路的振动机理，但由于其模型往往需要简化，与实际工程应用始终存在偏差，有时候并不能很好的适用于工程实际问题。也有部分学者采用实验方法测试液压管路振动应变，进而通过本构关系求得管路的应力，实验方法大多是使用应变片进行测试。
使用理论分析或有限元仿真进行液压管路振动分析时，其模型往往需要先提出一些基本假设，并做一定的进行简化，有时并不能代表实际的工程情况。目前关于液压管路的应力实验测试方法主要是使用应变片进行测试，这一方法的缺点主要在于应变片本身存在一些误差，且还需要先预判危险点，使用应变片只能得到管路部分点的应变，使用中误差相对较大，且可测量范围小。
发明内容
本发明是要解决上述技术问题，进而提供了一种基于DIC的液压管路接头侧向力测试方法，包括如下步骤：
步骤一、采用DIC双目识别测振系统测量液压管路接头位移；
步骤二、根据测试所得的位移数据，采用Abaqus有限元仿真软件，计算液压管路接头侧向力。
步骤一中，DIC双目识别测振系统测量液压管路接头位移具体方式如下：
根据管路的几何特性，计算散斑大小，并制作散斑；
安装成像设备，然后进行标定；
启动DIC系统拍摄软件记录数据。
利用DIC系统中的软件进行数据分析，获得实验对象的振动信息。
步骤一中，安装成像设备时，依次安装好三脚架、云台、相机、镜头，连接线路，并安装光源、调整相机位置和参数以使相机成像清晰。
步骤一中，选择标定板，进行标定，标定完成后，不再改变相机位置。
步骤一中，打开DIC系统中Vic-3D软件，进行数据分析，获得实验对象的位移、频谱和应变的信息。
步骤二中的具体实施步骤如下：
按照液压管路接头尺寸和形状建立仿真模型；
根据测量对象的不同，设置分析时间和步长；
对所述模型进行装配，根据相对位移的原则，将参考点的位移视为零，采用固支约束，待求截面施加侧向均布力，均布力与截面面积的乘积即为施加的侧向力大小；
对所述模型进行网格划分，设置单元属性、网格形状和种子数；
将所述模型提交分析，得到位移云图、支反力云图、应力、应变云图等，获得液压管路接头侧向力等需要的数据；
将所述位移云图中得到的待求截面位移与实际测得的位移相比较，根据线性相关原则，对施加的侧向力乘以比例系数即得到实际的液压管路接头侧向力。
有益效果
本发明采用DIC双目识别测振系统，直接检测管路指定位置的位移，可检测的范围广，且能获取较长时间段内管路的振动情况。而后通过数据分析，得到液压管路的振动位移和相对位移，并结合有限元仿真，计算指定的管路位置的侧向力。
附图说明
图1为本发明实施例中高压压裂车发动机液压泵管路接头示意图；
图2为本发明实施例中发动机启动时液压泵管路接头位移图；
图3为本发明实施例中发动机稳定运行时液压泵管路接头位移图；
图4为本发明实施例中发动机启动时液压泵管路接头相对位移图；
图5为本发明实施例中发动机稳定运行时液压泵管路接头相对位移图；
图6为本发明实施例中液压泵管路接头侧向力范围示意图。
具体实施方式
本发明的一种基于DIC的液压管路接头侧向力测试方法，包括如下步骤：
步骤一、采用DIC双目识别测振系统测量液压管路接头位移；
根据管路的几何特性，计算散斑大小，并制作散斑；
安装成像设备，然后进行标定；
启动DIC系统拍摄软件记录数据。
利用DIC系统中的软件进行数据分析，获得实验对象的振动信息。
安装成像设备时，依次安装好三脚架、云台、相机、镜头，连接线路，并安装光源、调整相机位置和参数以使相机成像清晰。
选择标定板，进行标定，标定完成后，不再改变相机位置。
打开DIC系统中Vic-3D软件，进行数据分析，获得实验对象的位移、频谱和应变的信息。
步骤二、根据测试所得的位移数据，采用Abaqus有限元仿真软件，计算液压管路接头侧向力。
按照液压管路接头尺寸和形状建立仿真模型；
根据测量对象的不同，设置分析时间和步长；
对模型进行装配，根据相对位移的原则，将参考点的位移视为零，采用固支约束，待求截面施加侧向均布力，均布力与截面面积的乘积即为施加的侧向力大小；
对模型进行网格划分，设置单元属性、网格形状和种子数；
将模型提交分析，得到位移云图、支反力云图、应力、应变云图等，获得液压管路接头侧向力等需要的数据；
将位移云图中得到的待求截面位移与实际测得的位移相比较，根据线性相关原则，对施加的侧向力乘以比例系数即得到实际的液压管路接头侧向力。
以下结合图1至6对本实施方式进行说明。
本实施例以压裂车发动机液压泵管路为例进行说明，其液压泵管路接头如图1所示。
为方便描述管路接头振动，建立管路的坐标系为x方向正向水平向右，与车体行进方向相反，y方向正向竖直向上，z方向与前两者构成右手系。
采用DIC双目测振系统进行测试，并使用系统配套的VIC-3D软件进行数据分析，分别作出在发动机启动时和发动机稳定运行时管路接头的振动位移时间历程曲线，并分别截取其中1s的时间历程，如图2和图3所示。
由图2可知，发动机启动时，其液压泵管路接头会产生较为剧烈的振动，且大幅振动持续的时间较长，约为0.5s。其P1点x方向的最大振动位移0.86mm，P0点x方向的最大振动位移为0.73mm，且在整个启动过程中，P0点的振动位移始终比P1点的小，说明在启动过程中，液压泵管路接头处的振动比较剧烈，且越靠近泵端，振动幅值越小。
由图3可知，发动机稳定运行时，其液压泵管路接头振动幅值比启动时要小。其P1点 x方向的最大振动位移0.23mm，P0点x方向的最大振动位移为0.14mm，发动机稳定运行时，P1点x方向的振动位移始终比P0点大。
据前文位移的计算结果，分别计算发动机启动和稳定运行时，液压泵管路接头处x方向P1点相对于P0点的相对位移，如图4和图5所示。
由图4可知，在发动机启动过程中，其液压泵管路接头处x方向P1点相对于P0点的相对位移随管路接头处的位移变化而变化，在0.4s左右的时间长度内，其相对位移幅值较大，正向最大相对位移为0.268mm，负向最大相对位移为0.083mm。由图5可知，发动机稳定运行时，其液压泵管路接头处x方向P1点相对于P0点的相对位移幅值较小，此时最大相对位移幅值为0.131mm，最小相对位移幅值为0.065mm。
根据已经测得高压压裂车液压泵管路接头的振动位移，通过计算，求得其管路接头的相对位移，根据以上计算结果和材料力学的相关知识，可以进一步计算在上述工况时管路接头的侧向力。其中，液压管路接头的材料为45号钢。根据管路接头的材料参数和几何参数，通过有限元仿真计算,求得当前工况下管路接头处各点的相对位移，然后可进一步仿真求得管路接头处的侧向力，图6给出了管路接头处侧向力的范围。
如6所示，在发动机启动过程中，其液压泵管路接头处最大正向侧向力为17836N，最大负向侧向力为5524N；在发动机稳定运行时，其液压泵管路接头处最大正向侧向力为8719N，最小正向侧向力为4326N。
综上所述，空载时，在发动机启动过程中，液压泵管路接头会发生较为剧烈的振动，产生较大的振动位移和相对位移，进而使得侧向力较大；在发动机稳定运行时，液压泵管路接头振动位移和相对位移较小，其侧向力亦较小。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
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