一种结构材料蠕变测量堆外试验工装及方法与流程

1.本发明涉及结构材料的蠕变特性技术领域，具体涉及一种结构材料蠕变测量堆外试验工装及方法。


背景技术：

2.在反应堆内高温、高压和强辐射环境下材料受力通常都会产生显著的辐照蠕变。核燃料及材料的机械稳定性是一个非常重要的性能参数。材料的蠕变特性从侧面上反映了材料的安全运行状况，因此需要实时获取材料的蠕变特性变化情况。结构材料蠕变性能原始的检测方法通常是辐照后堆外检查，但堆外测试难以获取材料蠕变性能在中子场等辐照环境下的动态演化过程，这对揭示材料的性能演变机理不利。
3.蠕变意味缓慢变形，因此其含有强烈的时间效应概念。材料在温度不变、负载不变的条件下，试件的变形会随着时间的增长而缓慢增大，这一现象即为蠕变现象。蠕变现象可以理解为当固体受恒定的外力作用时，其应力与变形随时间变化的现象。这种现象的特征是变形以及应力与外力不再保持一一对应，而且这种变形即使在应力小于屈服极根时仍具有不可逆的变形性质。
4.蠕变特性中涉及的关键因素有恒定载荷的提供以及微小变形量的测量。受反应堆内试验孔道尺寸限制以及堆内复杂的环境，在堆内研究材料的蠕变特性非常困难。因此，在开展堆内研究前，需要设计一套结构材料蠕变测量堆外试验工装以进行堆外试验。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于：提供一种能够满足恒定压力提供以及微小变形量测量的结构材料蠕变测量堆外试验工装及方法。
6.本发明的技术方案如下：一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，包括传感器段、替代杆、波纹管段、接头、压紧螺母、连接气管、波纹管段支撑杆、m3螺母和m4螺母；其中，传感器段与波纹管段通过替代杆、波纹管段支撑杆来进行连接；连接气管与接头和压紧螺母匹配。
7.传感器段包括活动杆、试样下固定块、试样上固定块、lvdt固定板、m3螺母、试样段支撑杆、lvdt固定块、lvdt、试样；试样两端分别与试样上固定块、试样上固定块进行固定，lvdt的一端通过螺纹与lvdt固定块相连接，lvdt另一端与lvdt固定板进行固定；活动杆的一端通与试样上固定块进行固定，同时通过试样下固定块预留的通孔穿出，活动杆的另一端与波纹管段进行固定；试样段支撑杆一端与试样下固定块固定，另一端与lvdt固定块固定。
8.波纹管段包含波纹管a下密封段、波纹管a、波纹管a上密封端、波纹管b下密封端、波纹管b上密封端、波纹管连接杆、波纹管b外套管、波纹管b；其中波纹管a两端分别与波纹管a下密封端和波纹管a上密封端进行固定；波纹管b两端分别与波纹管b下密封端和波纹管b上密封端进行固定，波纹管连接杆一端与波纹管a上密封端固定，另一端无阻穿过波纹管b
下密封端中心孔，与波纹管b上密封端连接。
9.传感器段与波纹管段通过替代杆、波纹管段支撑杆来进行连接，并通过对应的m3螺母和m4螺母进行固定。
10.试样两端分别通过螺纹与试样上固定块、试样上固定块进行固定。
11.活动杆的一端通过螺纹与试样上固定块进行固定，另一端通过螺纹与波纹管段进行固定。
12.试样段支撑杆一端与试样下固定块通过m3螺母固定，另一端与lvdt固定块通过m3螺母固定。
13.波纹管a两端分别与波纹管a下密封端和波纹管a上密封端进行焊接固定。
14.波纹管b两端分别与波纹管b下密封端和波纹管b上密封端进行焊接固定。
15.于：波纹管连接杆与波纹管b上密封端通过螺纹连接。
16.一种恒定拉力结构材料蠕变测量堆外试验方法，包括以下步骤：
17.第一步：通过气管向波纹管a内充入气体直至充至波纹管a20所能承受最大内压，使得波纹管a提供最大拉力f1；
18.第二步：通过另一个气管向波纹管b内充入气体，直至波纹管b所能承受最大内轧，使得波纹管b提供最大拉力f2；
19.第三步：两个波纹管分别提供的最大拉力f1和f2同时作用在波纹管b上密封端上,形成合力f3；
20.第四步:通过活动杆将合力f3传递给试样上固定块。
21.一种微小变形量结构材料蠕变测量堆外试验方法，包括以下步骤：
22.第一步：试样在长时间恒定拉力下产生的微小变形带动试样上固定块移动，传递微小变形；
23.第二步：试样上固定块的移动通过活动杆带动波纹管b上密封端移动；
24.第三步：波纹管b上密封端通过替代杆将微小移动量传递给lvdt固定板；
25.第四步:lvdt固定板接收到移动后带动lvdt的铁芯移动，利用lvdt内部的位移-电流转换将移动量通过电信号传输出来，实现微小位移量的测量。
26.本发明的显著效果在于：
27.1.本发明的目的在于提供一种能够满足恒定压力提供以及微小变形量测量的结构材料蠕变测量堆外试验工装及方法。
28.2.波纹管段采用两个波纹管并联设计，分别通过气管对两个波纹管内腔内的气压进行单独控制，从而两个波纹管可以分别提供一定的推力到波纹管2上密封端，可以实现两份恒定推力的合并传递到传感器段。
29.3.传感器段通过活动杆接收到从波纹管段传递来的推力后，作用于试样上固定块处，从而实现将恒定拉力提供给试样。
30.4.试样在接受长时间恒定拉力后，出现的微小变形量将带动试样上固定块进行微小移动，试样上固定块的微小移动带动波纹管2上密封端移动，波纹管2上密封端通过替代杆传递到lvdt固定板上，进而通过lvdt实现变形量的测量。
31.5.波纹管1下密封段、试样下固定块、lvdt固定块通过波纹管段支撑杆和试样段支撑杆固定，在实现装置整体的相对固定的同时实现内部部分零件的相对移动。
附图说明
32.图1：本发明的结构示意图；
33.图2：为图1的aa视图
34.图3：图1中传感器段1结构示意图；
35.图4：图1中传感器段1三轴测图；
36.图5：图1中波纹管段2结构示意图；
37.图6：图1中波纹管段2三轴测图。
38.符号说明
39.1.传感器段、2.替代杆、3.波纹管段、4.接头、5.压紧螺母、6.连接气管、7.波纹管段支撑杆、8.m3螺母、9.m4螺母、10.活动杆、11.试样下固定块、12.试样上固定块、13.lvdt固定板、14.m3螺母、15.试样段支撑杆、16.lvdt固定块、17.lvdt、18.试样、19.波纹管a下密封段、20.波纹管a、21.波纹管a上密封端、22.波纹管b下密封端、23.波纹管b上密封端、24.波纹管连接杆、25.波纹管a外套管、26波纹管b。
具体实施方式
40.为了能更加清楚的描述本发明实施方式，下面结合附图和具体实施方式对本方案进行说明，本使用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对发明的限定。
41.一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，图1所示，包括传感器段1、替代杆2、波纹管段3、接头4、压紧螺母5、连接气管6、波纹管段支撑杆7、m3螺母8和m4螺母9。其中，传感器段1与波纹管段3，通过替代杆2和波纹管段支撑杆7来进行连接，并通过对应的m3螺母8和m4螺母9进行固定。连接气管6用于向波纹管段内充入惰性气体，其与其匹配的接头4和压紧螺母5均用于气管与试验用调气系统的连接。
42.传感器段1结构示意图如图3所示。传感器段1包括活动杆10、试样下固定块11、试样上固定块12、lvdt固定板13、m3螺母14、试样段支撑杆15、lvdt固定块16、lvdt17、试样18。试样18两端分别通过螺纹与试样上固定块11、试样下固定块12进行固定，lvdt17的固定端通过螺纹与lvdt固定块16相连接，lvdt17另一端可移动端通过杆底部的螺纹和m3螺母14与lvdt固定板13进行固定。活动杆10的一端通过螺纹与试样上固定块12进行固定，同时通过试样下固定块11预留的通孔穿出，活动杆10的另一端也留有螺纹，用于与波纹管段3进行固定。试样段支撑杆15一端与试样下固定块10通过m3螺母14固定，另一端与lvdt固定块16通过m3螺母14固定。
43.波纹管段3结构示意图如图5所示。波纹管段3包含波纹管a下密封段19，波纹管a20，波纹管a上密封端21，波纹管b下密封端22，波纹管b上密封端23，波纹管连接杆24，波纹管b外套管25、波纹管b26。其中波纹管a20两端分别与波纹管a下密封端19和波纹管a上密封端21进行焊接固定，形成相对密闭空间，通过波纹管a下密封端19中心处的通孔充入气体。波纹管b26两端分别与波纹管b下密封端22和波纹管b上密封端23进行焊接固定，形成相对密闭空间，波纹管b26内部气体边界由波纹管a下密封段19，波纹管a外套管25，波纹管b下密封端22，波纹管b26和波纹管b上密封端23组成。波纹管连接杆24一端与波纹管a上密封端21通过焊接固定，另一端无阻穿过波纹管b下密封端中心孔，与波纹管b上密封端23通过螺纹
连接，从而波纹管产生的推力可以从波纹管a上密封端21沿着波纹管连接杆24传递给波纹管b上密封端23。

技术特征：
1.一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：包括传感器段(1)、替代杆(2)、波纹管段(3)、接头(4)、压紧螺母(5)、连接气管(6)、波纹管段支撑杆(7)、m3螺母(8)和m4螺母(9)；其中，传感器段(1)与波纹管段(3)通过替代杆(2)、波纹管段支撑杆(7)来进行连接；连接气管(6)与接头(4)和压紧螺母(5)匹配。2.据权利要求1所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：传感器段(1)包括活动杆(10)、试样下固定块(11)、试样上固定块(12)、lvdt固定板(13)、m3螺母(14)、试样段支撑杆(15)、lvdt固定块(16)、lvdt(17)、试样(18)；试样(18)两端分别与试样上固定块(11)、试样上固定块(12)进行固定，lvdt(17)的一端通过螺纹与lvdt固定块(16)相连接，lvdt(17)另一端与lvdt固定板(13)进行固定；活动杆(10)的一端通与试样上固定块(12)进行固定，同时通过试样下固定块(11)预留的通孔穿出，活动杆(10)的另一端与波纹管段(3)进行固定；试样段支撑杆(15)一端与试样下固定块(11)固定，另一端与lvdt固定块(16)固定。3.据权利要求2所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：波纹管段(3)包含波纹管a下密封段(19)、波纹管a(20)、波纹管a上密封端(21)、波纹管b下密封端(22)、波纹管b上密封端(23)、波纹管连接杆(24)、波纹管b外套管(25)、波纹管b(26)；其中波纹管a(20)两端分别与波纹管a下密封端(19)和波纹管a上密封端(21)进行固定；波纹管b(26)两端分别与波纹管b下密封端(22)和波纹管b上密封端(23)进行固定，波纹管连接杆(24)一端与波纹管a上密封端(21)固定，另一端无阻穿过波纹管b下密封端22中心孔，与波纹管b上密封端(23)连接。4.据权利要求3所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：传感器段(1)与波纹管段(3)通过替代杆(2)、波纹管段支撑杆(7)来进行连接，并通过对应的m3螺母(8)和m4螺母(9)进行固定。5.据权利要求3所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：试样(18)两端分别通过螺纹与试样上固定块(11)、试样上固定块(12)进行固定。6.据权利要求3所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：活动杆(10)的一端通过螺纹与试样上固定块(12)进行固定，另一端通过螺纹与波纹管段(3)进行固定。7.据权利要求3所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：试样段支撑杆(15)一端与试样下固定块(11)通过m3螺母(14)固定，另一端与lvdt固定块(16)通过m3螺母(14)固定。8.据权利要求3所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：波纹管a(20)两端分别与波纹管a下密封端(19)和波纹管a上密封端(21)进行焊接固定。9.据权利要求3所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：波纹管b(26)两端分别与波纹管b下密封端(22)和波纹管b上密封端(23)进行焊接固定。10.据权利要求3所述的一种结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：波纹管连接杆(24)与波纹管b上密封端(23)通过螺纹连接。11.一种恒定拉力结构材料蠕变测量堆外试验方法，应用于如权利要求3所述的结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：包括以下步骤：第一步：通过气管向波纹管a(20)内充入气体直至充至波纹管a20所能承受最大内压，使得波纹管a(20)提供最大拉力f1；
第二步：通过另一个气管向波纹管b(26)内充入气体，直至波纹管b(26)所能承受最大内轧，使得波纹管b(26)提供最大拉力f2；第三步：两个波纹管分别提供的最大拉力f1和f2同时作用在波纹管b上密封端(23)上,形成合力f3；第四步:通过活动杆(10)将合力f3传递给试样上固定块(12)。12.一种微小变形量结构材料蠕变测量堆外试验方法，应用于如权利要求3所述的结构材料蠕变测量堆外试验工装，其特征在于：包括以下步骤：第一步：试样(18)在长时间恒定拉力下产生的微小变形带动试样上固定块(12)移动，传递微小变形；第二步：试样上固定块(12)的移动通过活动杆(10)带动波纹管b上密封端(23)移动；第三步：波纹管b上密封端(23)通过替代杆(2)将微小移动量传递给lvdt固定板(13)；第四步:lvdt固定板(13)接收到移动后带动lvdt(17)的铁芯移动，利用lvdt(17)内部的位移-电流转换将移动量通过电信号传输出来，实现微小位移量的测量。

技术总结
本发明涉及本发明涉及核用结构材料蠕变特性与在线测量领域，主要用于核用结构材料的蠕变特性研究，且公开了一种结构材料蠕变测量堆外试验工装及方法，能够实现在堆外进行开展结构材料蠕变测量试验，包括传感器段，替代杆，波纹管段，接头，压紧螺母，连接气管，波纹管段支撑杆，M3螺母和M4螺母。其中波纹管段通过双波纹管并联结构用于向试样提供恒定的足够拉力；传感器段用于在线监测试样因长时间拉力作用下产生的微小变形；替代杆、波纹管段支撑杆和螺母用于连接固定波纹管段和传感器段。连接气管用于向波纹管段内充入气体。与气管相匹配的接头和压紧螺母均用于气管与试验用调气系统的连接。统的连接。统的连接。


技术研发人员：许怡幸 斯俊平 蒋国富 扶靓虔 张文龙 卢孟康 孙胜 朱伟 刘浩 张慧
受保护的技术使用者：中国核动力研究设计院
技术研发日：2023.06.02
技术公布日：2023/9/9