隨著油氣運(yùn)輸管網(wǎng)的不斷完善，多條管道并行敷設(shè)更密集，并行管道的里程也會持續(xù)上升，油氣管道的爆炸對相鄰管道的影響也愈大。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，對保障油氣輸送安全意義重大。

一、管道爆炸沖擊測量的需求

地下爆炸沖擊對結(jié)構(gòu)造成的損傷和破壞，以及爆炸振動效應(yīng)對建筑物和設(shè)備正常工作產(chǎn)生的影響是工程領(lǐng)域廣泛關(guān)注的課題。研究爆炸沖擊對材料和結(jié)構(gòu)破壞特征和動力響應(yīng)，有助于提升地下管道結(jié)構(gòu)的抗沖擊防護(hù)能力。

自70年代中期開始，參照發(fā)達(dá)國際標(biāo)準(zhǔn)，“以強(qiáng)度保證安全”規(guī)定相應(yīng)的管道設(shè)計，通過嚴(yán)格控制管道及其構(gòu)件的強(qiáng)度和嚴(yán)密性確保管道系統(tǒng)的自身安全，油氣管道結(jié)構(gòu)需嚴(yán)格測試防爆抗沖擊參數(shù)，以確保達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。

二、傳統(tǒng)測試與新技術(shù)對比

爆炸沖擊過程中的瞬態(tài)變化快，采用傳統(tǒng)測量方式很難測量，而變化過程往往又十分復(fù)雜，沖擊應(yīng)變過程與接觸材料的剛度、材料、接觸方式都有關(guān)系。

在測量方法的選擇、測量儀器的選擇上走入誤區(qū)，會導(dǎo)致測量結(jié)果錯誤。沖擊由于不同的沖擊方式，對傳感器的響應(yīng)頻率、圖像采集頻率要求也不一樣。

傳統(tǒng)的接觸式測量，無法觀測高應(yīng)變率的動態(tài)過程，也無法進(jìn)行全視場測量，僅能測量少量局部點(diǎn)位移，漏掉關(guān)鍵位置易導(dǎo)致測試失敗，造成風(fēng)險隱患等;利用DIC技術(shù)可以快速獲取全場三維變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)，可高速動態(tài)采集變形過程，讓產(chǎn)品開發(fā)人員對結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為有全局把握，且測量結(jié)果便于與仿真結(jié)果比對與評估。

三、新拓全場應(yīng)變測量解決方案

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，采用高速相機(jī)采集管道爆炸沖擊全過程，并實(shí)時記錄并獲得數(shù)字圖像,利用DIC方法處理數(shù)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(yīng)變場，分析其動態(tài)變形破壞行為和力學(xué)性能，并評價其防護(hù)性能。

爆炸產(chǎn)生高能量密度的氣體，其劇烈的膨脹流動是造成結(jié)構(gòu)損傷破壞和物體加速運(yùn)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(tài)測量系統(tǒng)配置的高速相機(jī)，可高速率進(jìn)行拍攝，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)軟件中進(jìn)行，以便于觀察油氣管道各個位置的位移應(yīng)變。

根據(jù)符合實(shí)際的工況，對埋地油氣管道的物理爆炸沖擊進(jìn)行了試驗?zāi)�擬，分析管道的動力響應(yīng)過程，在爆炸沖擊過程中實(shí)時觀測管道截面上關(guān)鍵點(diǎn)的最大應(yīng)力及應(yīng)力變化過程，迎爆面上最大應(yīng)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(yīng)變變化如下圖所示：

針對不同爆距、TNT當(dāng)量、管道缺陷、不同土壤進(jìn)行模擬分析，可測試管道的最大等效應(yīng)力隨爆距增加呈指數(shù)衰減，隨TNT當(dāng)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(tài)測量系統(tǒng)可直接測量爆炸沖擊瞬態(tài)力學(xué)環(huán)境，并呈現(xiàn)管道結(jié)構(gòu)的動態(tài)應(yīng)變、位移和加速度等具體位置參數(shù)，準(zhǔn)確地分析爆炸沖擊性能及管道結(jié)構(gòu)全場應(yīng)變。

通過定量分析爆炸沖擊對輸油氣管道產(chǎn)生的動力響應(yīng)，同時基于多種工況下的數(shù)值模擬分析，結(jié)合實(shí)測應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，可精準(zhǔn)掌握管道動態(tài)響應(yīng)過程中動應(yīng)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(xué)載荷性能，合理制定管道的安全保護(hù)措施，對埋地輸氣管道的設(shè)計、施工和完整性管理具有一定的參考價值。