GB/T 40072-2021 英文版 潜水器金属框架强度试验方法

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中华人民共和国国家标准

. R& G/ y$ R) V

GB/T 40072—2021

潜水器金属框架强度试验方法

Strength test method for submersible metallic framework

$ @' l6 o6 h% C8 w

2021-11-01实施

: }- V: W5 [# T8 [

1范围

本标准规定了潜水器金属框架在完成建造后，进行整体金属框架强度试验的方法。

本标准适用于新造潜水器金属框架的强度试验，也适用于经过大修或改造后的潜水器金属框架的强度试验。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T 13407潜水器与水下装置术语

CB 1255—1995潜艇深潜试验应变测试规程

" j. u# R7 j) z. L

NB/T 47013.2—2015

: w/ ]7 P; m; @ p

NB/T 47013.3—2015

0 \4 t2 E- l: z% s

NB/T 47013.4—2015

NB/T 47013.5—2015

/ c: \* ^' g# d8 i

承压设备无损检测承压设备无损检测承压设备无损检测承压设备无损检测

3 K* B* H, e1 j; T& c& I

中国船级社潜水系统与潜水器入级与建造规范(2013)

! K1 }: Z- } W

3术语和定义

2 k) E2 O& l0 P0 j' K0 e6 h2 m8 R

GB/T 13407和《潜水系统与潜水器入级与建造规范》界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了 GB/T 13407-1992的某些术语和定义。

% S, v2 y; @2 A+ {5 U

3.1

1 m- ^: T# F" Z8 \

潜水器 submersible

各种水下运行器具的总称。

[GB/T 13407—1992,定义2.1.1]

7 F1 t. [4 w- v9 S& o

3.2

潜水器金属框架 submersible metallic framework

. r+ r W, [( z

由金属材料制成用于集成潜水器所属各类设备与系统的空间立体载体框架。

P9 T, A* p8 i

3.3

) w+ U/ Z! k- B* x2 w+ X/ _8 r) J

框架纵倾角 trim angle of framework

. t3 Y! r% H6 Y; y% Q

在外力作用下，框架的横剖面与铅垂面之间的夹角。

; B6 Q: v& P1 Q* h2 r {

3.4

框架横倾角 heeling angle of framework

; I/ U/ H" Y* r* z2 S/ @( @. G

在外力作用下，框架的中纵剖面与铅垂面之间的夹角。

4试验条件及辅助试验

4.1试验环境条件

; F+ o% b, M2 N& A! m

试验场地环境的温度：20 C+5 C

相对湿度：50%70%。

! j, p/ h3 k- n- z- h, T

4.2试验用仪器

试验所用仪器仪表经过计量检定，并在计量检定合格有效期内。试验用仪器及精度如下：

a）电阻应变片：在试验过程中，由潜水器金属框架结构变形引起所测区域应变片电阻的变化，灵敏系数宜为2%3%,分散度宜为士2%。

- d/ X4 P/ J$ D$ N; L8 G

b）数字应变仪:将应变测量信号转化为应变数据，精度宜为士0.05%。

) T8 A" T5 G; {8 Q

c）激光跟踪仪：用于测量潜水器金属框架结构的整体位移，精度宜为士21 Mm/mo

/ p6 P1 R0 m3 H' a

d）加载油缸：用于模拟潜水器框架所承受载荷的加载油缸应当具备按比例联动的加载能力，极限加载能力应不小于试验最大加载力的1.5倍，精度宜为士20 kg。

4.3无损检测

1 l2 q2 {# W% r+ K4 m0 e6 l

框架的焊接节点应进行焊缝无损检测。无损检测包括焊缝表面渗透检测（或磁粉检测）100%焊缝长度，焊缝内部超声波检测和X射线检测不少于25%焊缝长度。对于起吊部位、电池舱部位等重量较大设备和承力部位的框架节点焊缝的内部检测应采用超声波或X射线等进行抽检，抽检数量和具体要求由利益双方协商确定。

4.4加载系统辅助试验

在试验前，应对加载系统预先进行功能测试试验。该试验可用一根工字梁代替框架实施，调节各油缸的加载速度，直到各油缸在所有加载过程中均能按比例同时加载。

试验中，各加载油缸应在每一步加载过程中按照相同的加载比例（单个油缸施加的载荷与该油缸最大试验加载的比值）在相同时间内加载。因此，每只油缸应具备自动调速功能，全系统应具备联动加载功能。

, n2 v0 z5 v7 X5 z

4.5工装门架辅助试验

潜水器金属框架按照设计起吊方式吊放在门形吊挂框架上。在框架试验前，应直接对门形吊挂框架加载，测定它在各试验载荷下的位移量。

本辅助试验，只需测定2.0倍潜水器重量下的位移。在其他加载步下的门架位移可按同等比例折算，如在2.0倍潜水器重量下，门形吊挂框架的位移为4 mm,则在1.。倍潜水器重量下，门形吊挂框架的同等比例折算位移为2 mmo

1 _5 U3 s& c" F( k$ [' L% W

5模拟载荷的布置要求

5.1最大总弯曲载荷

模拟载荷应准确模拟潜水器金属框架的最大总弯曲载荷产生的位置，其纵向坐标误差应不大于框架总长的2%。

5.2起吊拉力

9 T% ?9 ?, N$ {' ?7 Z( f2 l

模拟载荷在起吊点产生的拉力与潜水器实际起吊拉力数值相等，最高不超过潜水器实际起吊拉力的1.。5倍。

; h. r* |9 c4 ]2 O2 b1 G

5.3模拟局部关键载荷

3 y3 |) G$ q$ F; s c! Z: o) t

能够模拟局部关键载荷。对于重量超出潜水器总重量10%及以上的设备，应单独布置模拟载荷。

% l' ~: u$ b5 s" u3 q7 E

GB/T 40072—2021对于重量低于潜水器总重量1。％以下的设备可合并加载。

9 l8 W) N1 @/ T* K

5.4总垂向载荷、总弯曲载荷

总垂向模拟载荷与设计值的偏离应控制在5%范围之内，总弯曲模拟载荷与设计值的偏离应控制在1。％范围之内。

6试验内容及方法

6.1应变测量

: e* w" e( w9 C/ G T Q( [

6.1.1电阻应变片的分布区域主要有以下两部分：

a）根据计算结果得到的局部最大应力区域，测量其最大应力状态；

6 f9 ?- L b' L6 d' v

b）按照CB 1255-1995中5.3.1.1规定的测量部位，在潜水器框架的典型结构区域，如顶部纵桁、舷侧纵桁、底部纵桁的船舶区域，斜撑中部，起吊耳板等，测量其平均应力水平。

" x& N8 D0 }9 \) x5 w; `

6.1.2梁上采用单向应变片测量，典型贴片方式如图1所示；梁与梁之间的连接节点和框架上的连接板采用三向应变片。

X——方向为梁的中性面；

8 }* _, A: ]8 s7 z

Y ——方向为垂直于梁中性面。

+ k/ F3 ~+ Q: C5 c% g/ T; ?+ V

图1单向应变片测量

6.2变形测量

6.2.1在试验前将框架调整为水平状态，在其起吊点附近安装一激光光源，光源发射的水平光线照射到框架外垂直布置的标有刻度的白纸上。

6.2.2根据白纸与光源的垂直距离和落在白纸上的光线在试验中垂直移动距离，在试验中框架纵倾角 e按式（1）计算,计算结果保留3位有效数字，如图2所示。

式中：

e ——金属框架纵倾角，单位为度（）；

+ f- C$ n0 D9 x g1 b! ^; s

L——白纸与激光跟踪仪光源点的水平距离，单位为米（m）；

d激光投射点在白纸上的垂直移动距离，单位为米（m） o

( t5 |4 D# |+ y+ G. A

A——潜水器金属框架起吊点；

B 激光跟踪仪光源点；

C——标有刻度的白纸；

D——光线初始为水平状态；

3 h$ [0 T' H8 ^! I7 J2 l9 Z2 i

E——发生纵倾斜的光线。

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图2框架纵倾角的测量示意图

7试验程序

7.10.5倍工作载荷的预载试验

试验步骤如下：

4 m! P) ^! `/ ?: B

a）预载试验按照。倍、0.1倍、0.3倍、0.5倍、0.3倍、0.1倍、。倍工作载荷的加载和卸载顺序进行。

4 f c. g, u, R# J8 S& ]

b）预载试验要完成下列试验的检验：

) g+ A/ a- L. G1 ?+ k& N- }" L

1）各加载点按比例同步加载后，框架应基本保持水平，最大框架纵倾角度应在5以内。

6 U- d, S3 P8 G) n# O

2）最大框架横倾角应在3以内。如果不能满足此要求，应采取微调加载油缸的加载位置，提高加载精度等措施改善倾斜角度。

3）检验各加载油缸加载的同步性，采集应变数据、框架变形数据，确认测量数据的可靠性。

" M. F$ J$ A c- C" }

7.22倍工作载荷的正式加载试验

试验步骤如下：

a）正式加载试验应分级加载，加载顺序按照。倍、0.5倍、0.8倍、1.0倍、1.5倍、1.8倍、2.0倍工作载荷顺序进行。

b）在1.0倍工作载荷和2.0倍工作载荷处应进行不小于0.5 h的保持时间。

5 H: r; D" j, ?, X2 H

c）卸载顺序按照与加载顺序相反的路径进行。卸载应缓慢降低载荷。

& j7 e/ B3 ?! q; ~* m4 Z; M

d）每个载荷步应当进行载荷值、应变值、变形值的数据采集。在1.0倍工作载荷和2.。倍工作载荷的保持前后均应采集数据。

8试验结果评定

8.1焊缝无损检测

0 ^1 G6 i; K/ M1 R" b( k, S0 c

试验后的金属框架焊缝经100%表面渗透检测（或磁粉检测）符合NB/T 47013.5—2015中8.2质量分

级规定（或NB/T 47013.4—2015中9.2质量分级规定）1级合格；超声检测部位符合NB/T 47013.3—2015中5.3.9板材质量分级规定的I级合格；射线检测部位符合NB/T 47013.2—2015中6.3.4质量分级一般规定的。级合格。

8.2变形量

( q: K: l, h! ?, {& D

试验后的空间尺寸应与试验前的数据一致。

9 J3 c( S+ W( v! e3 c( b( J8 L1 M4 ?

8.3应力测量

在潜水器所安装设备重量的2倍载荷下测得的金属框架最大应力应小于许用应力要求。许用应力值为。据,其中久为材料屈服强度顷为安全系数，安全系数推荐不小于3。

5 [- m6 U! S) `1 q) Y* g

9试验报告

试验报告应至少包括以下内容：

3 |5 g# O9 z3 R

a）潜水器金属框架的基本构成、使用材质、试验前空间结构尺寸及载荷的测量数据；

# D" A) a" [% D; t" t

b）试验过程中的异常情况及观察结果；

?3 S- V, ~% n, q) o' X; S1 F

c）试验测量数据；

+ C. }0 G0 `! M8 T& y% `

d）试验测试环境、试验人员、试验日期及结果判定等内容。

* C ~9 `' I3 v: D+ W

) r9 D! t, y6 f2 } / J3 y2 _6 M# A( B, o( |

0 q8 ~8 A3 D; J! k# Z1 A8 I + {" L$ z1 j* p4 y" M3 s$ j" e 7 i# D9 r0 G8 H0 p