核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)及測量方法，所述測量系統(tǒng)包括變形導桿、滑軌、軸向位移鎖緊結構、測量記錄單元；所述滑軌的橫截面形狀為十字形，包括兩道上軌道和兩道下軌道，兩道上軌道與兩道下軌道成軸對稱分布；所述軸向位移鎖緊結構包括兩組位于滑軌上的傳動裝置，每組傳動裝置包括上傳動結構和下傳動結構；所述測量記錄單元包括相互連接的光柵尺和變形實時記錄系統(tǒng)，所述變形實時記錄系統(tǒng)包括光柵尺數(shù)顯表和變形測量記錄儀。本發(fā)明采用上述結構，能夠克服軸向變形對環(huán)向變形測量的影響，進而確保獲得精確、穩(wěn)定的環(huán)向變形測量數(shù)據(jù)。
【專利說明】核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)及測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于核燃料及材料力學性能測試【技術領域】，具體涉及一種核燃料鋯合金包殼管雙軸蠕變試驗技術中環(huán)向變形實時測量過程的測量系統(tǒng)、測量方法。
【背景技術】
[0002]鋯合金具有中子吸收截面低、優(yōu)良的抗腐蝕性能和力學性能等優(yōu)點，被廣泛用作核動力反應堆燃料元件包殼及其它堆內(nèi)構件。新型的商用核燃料包殼管在入堆前必須充分了解鋯合金包殼管各項性能，因此需要開展各項性能指標的測試，如腐蝕、吸氫、力學等等。蠕變性能指標是力學性能測試中一個重要的項目。
[0003]包殼在堆內(nèi)實際工況下通常承受多軸應力狀態(tài)。由于鋯合金包殼管壁厚遠小于管徑，復雜的多軸應力狀態(tài)可以簡化為雙軸應力狀態(tài)，即軸向和環(huán)向應力狀態(tài)。利用氣體或者液體內(nèi)壓實現(xiàn)管材的環(huán)向應力，同時附加軸向拉伸或壓縮載荷以實現(xiàn)不同比例加載的雙軸蠕變試驗是目前應用較多的試驗技術。
[0004]雙軸蠕變試驗中涉及到管材在高溫下兩個方向的變形實時測量技術。其中軸向變形測量是蠕變性能測試中十分成熟的技術，涉及試樣夾持方式、變形引出方式以及相關變形測量方法、規(guī)范等在相關標準中都進行了規(guī)定。小管徑薄壁管的環(huán)向變形實時測量是雙軸蠕變試驗中的技術難點。通常采用兩種方式進行環(huán)向變形測量，一種是非接觸式測量，另一種是接觸式測量。
[0005]在非接觸方式測量方面，光幕千分尺、視屏引伸計等應用較廣泛。如文獻((Catherine Grosjean, et.al, “Cladding Tube Testing in Creep Conditions underMultiaxial Loadings: A New Device and Some Experimental Results, ” Transactions,SMiRT 19，Toronto, August 2007》詳細介紹了在鋯合金包殼管高溫雙軸蠕變試驗過程利用光幕千分尺進行環(huán)向變形測量的測量系統(tǒng)和具體方法。許多研究都采用了上述測量系統(tǒng)和方法進行，如Mathieu PRISER等利用這種測量系統(tǒng)和方法進行了 Zr_4合金相關方面的石開究(〈〈Mathieu Priser, et.al, Mutiscale Analysis of viscoplastic behaviourof recrystallized Zircaloy-4 at 400° C, Zirconium in the Nuclear Industry:16thInternational Symposium, ASTM STP 1529, 2010, pp.269-296.)))；Martin Rautenberg等利用這種測量系統(tǒng)和方法進行了 M5合金相關方面的研究(《Martin Rautenberg, et.al, Microstructure characterization of creep anisotropy at 673K in M5 alloy, ActaMaterialia 60(2012) 4319-4327.》)。這類利用光幕千分尺或視頻引伸計的非接觸方式測量技術雖然原理簡單、方法可行，但是其系統(tǒng)復雜，構成的成套設備十分昂貴。
[0006]在接觸式測量方面，文獻《G.Dressier, K.H.Matucha, “Yield and Fractureof Biaxially Stressed Zircaloy-4 Cladding Tubes at Room Temperature and at400。。, ” Zirconium in the Nuclear Industry, ASTM STP 663, A.L.Lowe, Jr.and G.ff.Party, Eds., American Society for Testing and Materials, 1977, pp.508-552〉〉介紹了一種利用特制高溫應變片測小徑管材環(huán)向變形的測量系統(tǒng)及測量方法。這種針對小管徑測量并能長時間保持性能穩(wěn)定的應變片需要特別制作、價格較貴，且不能重復使用，因而造成試驗成本大大增加。
[0007]文獻《B.D.Clay, “The biaxial creep measurement of thin walled tubes, ”Journal of Materials Science, 9 (1974): 1275-1278.》中介紹了利用引桿將變形引出方式在雙軸變形過程測量環(huán)向變形的測量系統(tǒng)和方法。雙軸變形過程中同時存在軸向和環(huán)向變形，利用頂桿進行環(huán)向變形時，由于軸向變形伸長，頂桿的頂尖和管材表面將存在相對滑動，必然導致環(huán)向測量不易控制而發(fā)生失穩(wěn)。因此，采用頂桿方式測量環(huán)向變形時，要得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，必須克服軸向變形對環(huán)向測量的影響，而在Clay提及的測量系統(tǒng)和方法中沒有提及如何克服這種影響。目前，未發(fā)現(xiàn)關于在利用頂桿接觸測量過程中如何克服軸向變形和環(huán)向變形的相互影響的變形測量系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形的測量系統(tǒng)及測量方法，解決了以往核燃料包殼管在高溫雙軸蠕變試驗過程中，由于同時存在軸向和環(huán)向變形，導致環(huán)向變形測量不易控制而發(fā)生失穩(wěn)，進而無法獲取精確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)的問題。
[0009]本發(fā)明為解決技術問題主要通過以下技術方案實現(xiàn):核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，包括變形導桿、滑軌、軸向位移鎖緊結構、測量記錄單元；
所述滑軌的橫截面形狀為十字形，包括兩道上軌道和兩道下軌道，兩道上軌道與兩道下軌道成軸對稱分布；
所述軸向位移鎖緊結構包括兩組位于滑軌上的傳動裝置，每組傳動裝置包括上傳動結構和下傳動結構，所述上傳動結構包括上中心軸以及兩個分別套接在上中心軸兩端的上軸承，兩個上軸承分別位于兩道上軌道內(nèi)；所述下傳動結構包括下中心軸以及兩個分別套接在下中心軸兩端的下軸承，兩個下軸承分別位于兩道下軌道內(nèi)；所述上中心軸與下中心軸的兩端設有同時貫穿上中心軸與下中心軸的定位銷，且上中心軸與下中心軸的兩端還對應連接有始終處于拉伸狀態(tài)的預緊彈簧；所述上中心軸上還設有用于安裝變形導桿的導桿安裝孔，導桿安裝孔上設有用于鎖緊變形導桿的鎖緊螺釘；
所述測量記錄單元包括相互連接的光柵尺和變形實時記錄系統(tǒng)，所述變形實時記錄系統(tǒng)包括光柵尺數(shù)顯表和變形測量記錄儀。
[0010]由于管材試樣發(fā)生軸向變形時，軸向變形伸長，變形導桿與管材試樣之間的摩擦導致變形導桿在軸向產(chǎn)生相對滑動，即測出的環(huán)向變形數(shù)據(jù)存在一定偏差，和真實值有一定出入。而通過軸向位移鎖緊結構上的預緊彈簧的作用，能夠防止變形導桿發(fā)生上下運動，克服軸向變形對環(huán)向測量的影響。
[0011]光柵尺是一個通用的測量儀器，大致如下:光柵尺前面是一個具有收縮性的變形桿，在一定下壓量時，具有回彈性，當給定一定下壓量，數(shù)顯表出現(xiàn)一個相對原始狀態(tài)的數(shù)值，顯示下壓了多少，一般為正值，這時把這個數(shù)據(jù)清0，那么繼續(xù)下壓就是正值，回彈就是負值，其實收縮時原理也一樣，收縮時，光柵尺由于具有回彈性，會迫使變形導桿頂緊試樣，從而測試出收縮的位移值。
[0012]光柵尺數(shù)顯表是與光柵尺配套的，可以將光柵尺反映出的位移量和位移方向等數(shù)據(jù)顯示出來；變形測量記錄儀為一種軟件系統(tǒng)，具有實時顯示、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)后期處理等功能，它是通過一個通用的編程軟件LabVIEW設計的，對變形測量領域來說是一個現(xiàn)有技術，也并非本發(fā)明的保護點。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是:其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。
[0013]進一步地，所述變形導桿的形狀為圓柱體，且采用石英材料制成。石英材料可以滿足長時間蠕變過程中導桿不會發(fā)生氧化，能保證結構尺寸穩(wěn)定性。
[0014]進一步地，所述金屬帽采用硬質(zhì)鋁合金制成，其端面加工粗糙度大于0.32，垂直度大于 0.0lmnin
[0015]進一步地，所述變形導桿的刀口端與試樣的接觸面尺寸為8mmX2mm,該刀口端的粗糙度大于0.32，垂直度大于0.01mm。刀口與試樣的接觸面大小對測量有一定的影響，當?shù)犊诙嗣孢^大，即刀口與試樣的接觸面過大時,刀口與試樣之間的摩擦也就越大,容易使變形導桿發(fā)生軸向滑動，影響環(huán)向變形數(shù)據(jù)的測量；當?shù)犊诙嗣孢^小時，雖然刀口與試樣之間的摩擦非常小，基本不影響環(huán)向變形數(shù)據(jù)的測量，但是此時造成的應力較大，可能造成試樣，尤其是鋯合金管材的表面損傷較大，通過大量的實驗及研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)犊谂c試樣的接觸面尺寸為8mmX2mm時，測量效果最佳，且不會損傷試樣。
[0016]進一步地，作為一種優(yōu)選方案，本方案還包括多個定位支架，每個定位支架包括固定座、連桿以及卡叉，固定座與連桿活動連接，連桿與卡叉活動連接，所述卡叉呈“U”形，所述滑軌的兩端設有卡接凹槽，所述滑軌通過卡接凹槽固定在卡叉上。定位支架用于實現(xiàn)測量過程中的定位和軸線對中，固定座安裝在試驗爐旁的立柱上，并且能沿立柱上下根據(jù)需要自由調(diào)整位置；連桿能繞和固定座連接的軸做360°旋轉(zhuǎn)；卡叉能繞和連桿連接的軸做360°旋轉(zhuǎn)；滑軌通過卡位凹槽能相對卡叉做平移運動。
[0017]進一步地,作為一種優(yōu)選方案，本方案還包括用于固定光柵尺的光柵尺固定裝置，所述光柵尺固定裝置固定在定位支架的卡叉上。
[0018]進一步地，作為另一種優(yōu)選方案，本方案還包括導筒和導筒固定裝置，所述導筒通過導筒固定裝置固定在滑軌的上表面的一端。導筒用來定位和引導變形導桿，導筒的內(nèi)徑比變形導桿的外徑稍大。
[0019]進一步地，所述預緊彈簧的預緊拉力為5?10N。當預緊彈簧的預緊力過大時，變相增大了軸承和滑軌間摩擦力，而當預緊力過小時，對軸向位移約束作用較小，很可能起不到克服軸向變形的作用；通過試驗驗證表明，預緊彈簧的預緊力為5?10N時為最佳。
[0020]核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量方法，包括以下步驟:
步驟(a)、將定位支架的固定座安裝在試驗機立柱上，將滑軌安裝在定位支架的卡叉上，轉(zhuǎn)動連桿、卡叉，使滑軌的軸線和試驗爐一側(cè)的爐孔的軸線重合；
步驟(b)、將導筒穿過試驗爐一側(cè)的爐孔，調(diào)整定位支架的固定座上下運動，使導筒順利安裝在導筒固定裝置上；
步驟(C)、安裝變形導桿并使其靠近管材試樣；
步驟(d)、將用于定位光柵尺的定位支架安裝在試驗機立柱上，同樣通過轉(zhuǎn)動連桿、卡叉，使光柵尺的軸線與變形導桿的軸線重合，并將光柵尺的頂桿頂在金屬帽上；
步驟(e)、重復步驟(a)?步驟(d)，在試驗爐另一側(cè)安裝同樣的變形測量系統(tǒng)； 步驟(f.)、微調(diào)固定座、連桿及卡叉，使變形導桿、導筒、爐孔、光柵尺的軸線重合，且試驗爐兩側(cè)的變形測量系統(tǒng)關于試驗爐的中心點成點對稱；
步驟(g)、在彈性階段進行環(huán)向和軸向加載，觀察兩套光柵尺數(shù)顯表的數(shù)據(jù)變化，反復微調(diào)固定座、連桿及卡叉，直至兩套數(shù)顯表數(shù)據(jù)在彈性加載階段相對差值控制在10%;彈性階段指的是在實驗前給定小于屈服強度的應力值加載，過程中試樣會發(fā)生彈性變形(不至于破壞試樣)，用來驗證兩邊變形是否一致。環(huán)向加載和軸向加載方法是:環(huán)向加載通過增壓泵加載氣體，實現(xiàn)加載，軸向加載通過拉伸機直接加載。數(shù)顯表顯示的是在加載過程中由于管材膨脹(或縮小)，軸向伸長(或縮短)的數(shù)值，也即變形量。管材環(huán)向兩邊變形量差值控制在10%通常可以認為是可以接受的范圍，說明變形比較一致，系統(tǒng)正常。
[0021]步驟(h)、給定試驗條件下一定預載，打開加熱系統(tǒng)，待溫度達到試驗溫度并保溫一段時間后，對數(shù)顯表數(shù)據(jù)清零，啟動變形實時記錄系統(tǒng)，開始試驗。
[0022]進一步地，所述步驟(C)的具體過程如下:
步驟(Cl)、將變形導桿安裝在上中心軸的導桿安裝孔中，并用鎖緊螺釘鎖緊；
步驟(c2)、將上中心軸與下中心軸通過定位銷定位，并用預緊彈簧預緊；
步驟(c3)、推動上中心軸，使變形引桿穿過導筒，并使其靠近管材試樣。
[0023]在進行步驟(h)前，還包括:選擇采樣頻率、調(diào)選軟件系統(tǒng)平均值計算模塊、選擇數(shù)據(jù)保存路徑，采樣頻率選擇要依據(jù)不同試驗條件下的變形量大小以及實驗者期望得到的數(shù)據(jù)量多少；而選擇采樣頻率、調(diào)選軟件系統(tǒng)平均值計算模塊、選擇數(shù)據(jù)保存路徑是一般力學試驗都會涉及到的，屬于常規(guī)選擇或設置，不是本發(fā)明的保護點。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點和有益效果:
(I)本發(fā)明通過設計軸向位移鎖緊結構，既實現(xiàn)了試驗過程中管材試樣膨脹或收縮引起的位移傳遞，并通過光柵尺進行測量，同時還能避免變形導桿因管材試樣軸向變形而發(fā)生軸向位移的情況發(fā)生，即克服了管材試樣軸向變形對測量數(shù)據(jù)的影響，從而確保了環(huán)向變形測量數(shù)據(jù)的精確性、穩(wěn)定性。
[0025](2)本發(fā)明所涉及的測量系統(tǒng)整體結構簡單，相對于光幕千分尺或視屏引伸計等來說價格低廉，成本較低；而相對于高溫應變片測量系統(tǒng)來說，則更易于制作，且還能重復使用。
[0026](3)本發(fā)明涉及的測量方法從安裝到調(diào)試，再到試驗測量，整個過程操作簡單，易于實現(xiàn)，可實時地顯示測量結果，并可設置保存路徑對測量結果進行保存，以便后期調(diào)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的實施例1的滑軌的結構示意圖:
圖2為本發(fā)明的實施例1的軸向位移鎖緊結構的結構示意圖:
圖3為本發(fā)明的實施例2的變形導桿的主視圖；
圖4為本發(fā)明的實施例2的變形導桿的俯視圖:
圖5為本發(fā)明的實施例3的定位支架的結構示意圖；
圖6為本發(fā)明的實施例3的滑軌的結構示意圖；
圖7為本發(fā)明的實施例4的結構示意圖一；
圖8為本發(fā)明的實施例4的結構示意圖二； 圖9為本發(fā)明的整體結構示意圖；
圖10為圖7的A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0029]實施例1:
本實施例包括變形導桿1、滑軌3、軸向位移鎖緊結構、測量記錄單元；
如圖1所示，滑軌3的橫截面形狀為十字形，即長方體的上下表面分別被切掉兩塊，形成中間高、兩側(cè)低的結構形態(tài)，由此形成了兩道上軌道31和兩道下軌道32，兩道上軌道31與兩道下軌道32成軸對稱分布；
如圖2所示，軸向位移鎖緊結構包括兩組位于滑軌3上的傳動裝置，每組傳動裝置包括上傳動結構和下傳動結構，上傳動結構包括上中心軸41以及兩個分別套接在上中心軸41兩端的上軸承411，兩個上軸承411分別位于兩道上軌道31內(nèi)；下傳動結構包括下中心軸42以及兩個分別套接在下中心軸42兩端的下軸承422，兩個下軸承422分別位于兩道下軌道32內(nèi)；上中心軸41與下中心軸42的兩端設有同時貫穿上中心軸41與下中心軸42的定位銷9，上中心軸41與下中心軸42的兩端還對應連接有始終處于拉伸狀態(tài)的預緊彈簧10，由此形成一個較為穩(wěn)定的傳動系統(tǒng)，中心軸41與下中心軸42均不會出現(xiàn)上下運動，在環(huán)向上中心軸41上還設有用于安裝變形導桿I的導桿安裝孔11，導桿安裝孔11上設有用于鎖緊變形導桿I的鎖緊螺釘12。以上結構確保了變形導桿I在水平方向上的運動穩(wěn)定性，避免變形導桿I產(chǎn)生沿著試樣軸向的滑動，使變形導桿I發(fā)生的位移變化量只來源于試樣的環(huán)向變形，因此測出的環(huán)向變形量就是準確的。
[0030]本實施例的測量記錄單元包括相互連接的光柵尺19和變形實時記錄系統(tǒng)21，變形實時記錄系統(tǒng)包括光柵尺數(shù)顯表和變形測量記錄儀，試驗時，光柵尺19的前端頂在變形導桿I上。
[0031]本實施例的大致工作原理如下:變形導桿I固定在上中心軸41后，推動上中心軸41，使變形導桿I的前端與管材試驗接觸，試驗時，高溫下的管材試樣發(fā)生環(huán)向變形，即膨脹或收縮，使變形導桿發(fā)生位移變化，該位移變化通過光柵尺19測出，并通過變形實時記錄系統(tǒng)記錄下。
[0032]實施例2:
如圖3、圖4所示，本實施例與實施例1基本相同，不同的地方是本實施例的變形導桿I的形狀為圓柱體，且采用石英材料制成，變形導桿I的一端設有金屬帽2，另一端設置成刀□。
[0033]為了獲得較好的測量效果，本實施例的金屬帽2采用硬質(zhì)鋁合金制成，其端面加工粗糙度大于0.32，垂直度大于0.01mm，另外，優(yōu)選地，將變形導桿I的刀口端與試樣的接觸面尺寸設計為8mmX2mm,該刀口端的粗糙度大于0.32,垂直度大于0.0lmm,這樣既能滿足測量的準確性，又能避免損傷試樣。
[0034]實施例3:
如圖5、圖6所示,本實施例與實施例2基本相同,不同的地方是,本實施例還包括多個定位支架，每個定位支架包括固定座13、連桿14以及卡叉15，固定座13與連桿14活動連接，連桿14可繞和固定座連接的軸做360°旋轉(zhuǎn)；連桿14與卡叉15活動連接，卡叉能繞和連桿連接的軸做360°旋轉(zhuǎn)；卡叉15呈“U”形，滑軌3的兩端設有卡接凹槽5，滑軌3通過卡接凹槽5固定在卡叉15上，滑軌3可通過卡接凹槽5相對于卡叉15做平移運動，從而通過旋轉(zhuǎn)、平移等微調(diào)操作，可對滑軌3、變形導桿I的位置進行精確定位，方便調(diào)試、試驗。
[0035]如圖9所示，另外，作為優(yōu)選，本實施例還包括用于固定光柵尺19的光柵尺固定裝置20，所述光柵尺固定裝置20固定在定位支架的卡叉15上，其操作與將滑軌3設置在定位支架上的操作類似，原理相同，主要目的是為了定位光柵尺19，使光柵尺19與變形導桿I的軸線重合。判斷光柵尺19與變形導桿I的軸線是否重合的方法有多種，粗略的方法有目測，精密一點的方法有牽線，更精確、可行的是用激光。
[0036]實施例4:
如圖7、圖8、圖10所示，本實施例在實施例3的基礎上還包括導筒7和導筒固定裝置6，固定裝置6為常見的機械結構，主要目的是固定好導筒7，導筒7通過導筒固定裝置6固定在滑軌3的上表面的一端，導筒7的內(nèi)徑比變形導桿I的外徑稍大，可對變形導桿I起定位和引導的作用，便于試驗，另外，導筒7還能夠起到進一步限定變形導軌I的作用，防止變形導桿I在試樣表面發(fā)生軸向滑動。
[0037]實施例5:
本實施例與實施例1基本相同，不同的地方是，本實施例的預緊彈簧10的預緊拉力為5?10N，通過試驗驗證表明，預緊彈簧的預緊力為5?10N時為最佳，此預緊力下，軸承和滑軌間摩擦力不至于太大，同時又保證了軸向位移約束力，使其起到克服軸向變形帶來的影響的作用。
[0038]針對以上測量系統(tǒng)，本發(fā)明所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量方法，包括以下步驟:
步驟(a)、將定位支架的固定座13安裝在試驗機立柱上，將滑軌3安裝在定位支架的卡叉15上，轉(zhuǎn)動連桿14、卡叉15，使滑軌3的軸線和試驗爐16 —側(cè)的爐孔17的軸線重合；步驟(b)、將導筒7穿過試驗爐16—側(cè)的爐孔17，調(diào)整定位支架的固定座13上下運動，使導筒7順利安裝在導筒固定裝置6上；
步驟(C)、安裝變形導桿I并使其靠近管材試樣18 ；
步驟(d)、將用于定位光柵尺19的定位支架安裝在試驗機立柱上，同樣通過轉(zhuǎn)動連桿14、卡叉15，使光柵尺19的軸線與變形導桿I的軸線重合，并將光柵尺19的頂桿頂在金屬帽2上；
步驟(e)、重復步驟(a)?步驟(d)，在試驗爐16另一側(cè)安裝同樣的變形測量系統(tǒng)；步驟(f)、微調(diào)固定座13、連桿14及卡叉15，使變形導桿1、導筒7、爐孔17、光柵尺19的軸線重合，且試驗爐16兩側(cè)的變形測量系統(tǒng)關于試驗爐16的中心點成點對稱；
步驟(g)、在彈性階段進行環(huán)向和軸向加載，觀察兩套光柵尺數(shù)顯表的數(shù)據(jù)變化，反復微調(diào)固定座13、連桿14及卡叉15，直至兩套數(shù)顯表數(shù)據(jù)在彈性加載階段相對差值控制在10% ；
步驟(h)、給定試驗條件下一定預載，打開加熱系統(tǒng)，待溫度達到試驗溫度并保溫一段時間后，對數(shù)顯表數(shù)據(jù)清零，啟動變形實時記錄系統(tǒng)21，開始試驗。
[0039]步驟(C)的具體過程如下: 步驟(Cl)、將變形導桿I安裝在上中心軸41的導桿安裝孔11中，并用鎖緊螺釘12鎖
緊；
步驟(c2)、將上中心軸41與下中心軸42通過定位銷9定位，并用預緊彈簧10預緊； 步驟(c3)、推動上中心軸41，使變形引桿I穿過導筒7，并使其靠近管材試樣18。
[0040]本發(fā)明通過巧妙地設置軸向位移鎖緊裝置，在不阻礙變形導桿傳動的基礎上，克服了傳統(tǒng)的軸向變形對環(huán)向變形測量的影響，便于得到精確、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)；另外，測量系統(tǒng)采用光柵尺作為測量工具，其分辨率為0.1 μ m、精度為I μ m，相對于光幕千分尺或視屏引伸計等來說價格低廉，成本較低，而相對于高溫應變片測量系統(tǒng)來說，則更易于制作，且還能重復使用；本發(fā)明涉及的測量方法從安裝到調(diào)試，再到試驗測量，整個過程操作簡單，易于實現(xiàn)，不僅可實時地顯示測量結果，而且可設置保存路徑對測量結果進行保存，以便后期調(diào)用。
[0041]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外，本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。
【權利要求】
1.核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:包括變形導桿(I)、滑軌(3)、軸向位移鎖緊結構、測量記錄單元； 所述滑軌(3)的橫截面形狀為十字形，包括兩道上軌道(31)和兩道下軌道(32)，兩道上軌道(31)與兩道下軌道(32)成軸對稱分布； 所述軸向位移鎖緊結構包括兩組位于滑軌(3)上的傳動裝置，每組傳動裝置包括上傳動結構和下傳動結構，所述上傳動結構包括上中心軸(41)以及兩個分別套接在上中心軸(41)兩端的上軸承(411)，兩個上軸承(411)分別位于兩道上軌道(31)內(nèi)；所述下傳動結構包括下中心軸(42)以及兩個分別套接在下中心軸(42)兩端的下軸承(422)，兩個下軸承(422)分別位于兩道下軌道(32)內(nèi)；所述上中心軸(41)與下中心軸(42)的兩端設有同時貫穿上中心軸(41)與下中心軸(42)的定位銷(9)，且上中心軸(41)與下中心軸(42)的兩端還對應連接有始終處于拉伸狀態(tài)的預緊彈簧(10);所述上中心軸(41)上還設有用于安裝變形導桿(I)的導桿安裝孔(11)，導桿安裝孔(11)上設有用于鎖緊變形導桿(I)的鎖緊螺釘(12)； 所述變形導桿(I)的一端設有金屬帽(2)，另一端設置成刀口 ； 所述測量記錄單元包括相互連接的光柵尺(19)和變形實時記錄系統(tǒng)(21)，所述變形實時記錄系統(tǒng)(21)包括光柵尺數(shù)顯表和變形測量記錄儀。
2.根據(jù)權利要求1所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:所述變形導桿(I)的形狀為圓柱體，且采用石英材料制成。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:所述金屬帽(2)采用硬質(zhì)鋁合金制成，其端面加工粗糙度大于0.32，垂直度大于0.01mm。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:所述變形導桿(I)的刀口端與試樣的接觸面尺寸為8mmX2mm，該刀口端的粗糙度大于0.32,垂直度大于0.01mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:還包括多個定位支架，每個定位支架包括固定座(13)、連桿(14)以及卡叉(15)，固定座(13)與連桿(14)活動連接，連桿(14)與卡叉(15)活動連接，所述卡叉(15)呈“U”形，所述滑軌(3)的兩端設有卡接凹槽(5)，所述滑軌(3)通過卡接凹槽(5)固定在卡叉(15)上。
6.根據(jù)權利要求5所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:還包括用于固定光柵尺(19)的光柵尺固定裝置(20)，所述光柵尺固定裝置(20)固定在定位支架的卡叉(15)上。
7.根據(jù)權利要求1所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:還包括導筒(7)和導筒固定裝置(6)，所述導筒(7)通過導筒固定裝置(6)固定在滑軌(3)的上表面的一端。
8.根據(jù)權利要求1所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)，其特征在于:所述預緊彈簧(10)的預緊拉力為5~10N。
9.采用上述核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量系統(tǒng)實現(xiàn)測量的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟(a)、將定位支架的固定座(13)安裝在試驗機立柱上，將滑軌(3)安裝在定位支架的卡叉(15)上，轉(zhuǎn)動連桿(14)、卡叉(15)，使滑軌(3)的軸線和試驗爐(16)—側(cè)的爐孔(17)的軸線重合； 步驟(b)、將導筒(7)穿過試驗爐(16)—側(cè)的爐孔(17)，調(diào)整定位支架的固定座(13)上下運動，使導筒(7)順利安裝在導筒固定裝置(6)上； 步驟(C)、安裝變形導桿(I)并使其靠近管材試樣(18)； 步驟(d)、將用于定位光柵尺(19)的定位支架安裝在試驗機立柱上，同樣通過轉(zhuǎn)動連桿(14)、卡叉(15)，使光柵尺(19)的軸線與變形導桿(I)的軸線重合，并將光柵尺(19)的頂桿頂在金屬帽(2)上； 步驟(e)、重復步驟(a)~步驟(d)，在試驗爐(16)另一側(cè)安裝同樣的變形測量系統(tǒng)； 步驟(f)、微調(diào)固定座(13)、連桿(14)及卡叉(15)，使變形導桿(I)、導筒(7)、爐孔(17)、光柵尺(19)的軸線重合，且試驗爐(16)兩側(cè)的變形測量系統(tǒng)關于試驗爐(16)的中心點成點對稱； 步驟(g)、在彈性階段進行環(huán)向和軸向加載，觀察兩套光柵尺數(shù)顯表的數(shù)據(jù)變化，反復微調(diào)固定座(13)、連桿(14)及卡叉(15)，直至兩套數(shù)顯表數(shù)據(jù)在彈性加載階段相對差值控制在10% ； 步驟(h)、給定試驗條件下一定預載，打開加熱系統(tǒng)，待溫度達到試驗溫度并保溫一段時間后，對數(shù)顯表數(shù)據(jù)清零，啟動變形實時記錄系統(tǒng)(21 )，開始試驗。
10.根據(jù)權利要求9所述的核燃料包殼管高溫雙軸蠕變環(huán)向變形測量方法，其特征在于:所述步驟(C)的具體過程如下: 步驟(Cl)、將變形導桿(I)安裝在上中心軸(41)的導桿安裝孔(11)中，并用鎖緊螺釘(12)鎖緊; 步驟(c2)、將上中心軸(41)與下中心軸(42)通過定位銷(9)定位，并用預緊彈簧(10)預緊； (c3)、推動上中心軸(41)，使變形引桿(I)穿過導筒(7)，并使其靠近管材試樣(18)。
【文檔編號】G01B11/16GK103543074SQ201310474648
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權日:2013年10月12日
【發(fā)明者】王朋飛, 趙文金, 吳正武, 楊忠波, 閆萌, 彭倩, 戴訓, 邱軍, 梁波, 易偉, 陳亮 申請人:中國核動力研究設計院