CN103353419A - 薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，包括上夹持件、下夹持件、上导杆、下导杆及两根芯棒，其中，上夹持件包括上夹持主体，上夹持主体构成有向下开口的上芯棒定位槽，下夹持件包括下夹持主体，下夹持主体构成有向上开口的下芯棒定位槽，上芯棒定位槽向下的开口与下芯棒定位槽向上的开口位置对应，两根芯棒分别嵌入上芯棒定位槽和下芯棒定位槽内。上导杆上端与上夹持主体连接，所述下导杆上端与下夹持主体连接，上导杆下端端头位于下导杆下端端头上方。本发明还公开了上述薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置的应用方法。本发明应用时，能够对薄壁管材进行径向加载拉伸，便于实时测量薄壁管材样品的变形，并能降低测量误差。

Description

薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及核材料性能测试技术，具体是薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置及其应用方法。

背景技术

核工业领域中常用薄壁锆合金包壳管存放燃料芯块，在高燃耗或RIA事故等条件下，伴随着燃料芯块快速膨胀导致的包壳与芯块间的机械作用和摩擦力，以及气体突然释放产生的载荷，薄壁锆合金包壳管可能承受来自燃料芯块或裂变气体施加的径向载荷。为保证锆合金包壳的力学性能能够承受外加径向载荷的安全性，需要了解锆合金包壳的周向力学性能，其中，薄壁锆合金管周向拉伸强度和变形是主要的获取数据目标。

目前针对锆合金包壳管周向拉伸的试验已有较多介绍，提供环形锆合金包壳管试样管径向力的夹具方面，设计了半圆销块夹具、三块式夹具等形式的夹具，通过施加润滑剂的方式，基本上解决了薄壁管材周向力施加的问题。为研究环形锆合金包壳管试样管的变形，现今主要有两种方法，第一种是在试样管上打一定间距的点测变形，第二种是采用试验机自带夹头位移测量的方式测试样管标距段变形。上述两种方法中，第一种不能试验实时测试样管标距段的变形，第二种由于夹具与试验机拉杆等装置连接的间隙，变形测量具有较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于解决现今对薄壁管材进行变形测量时不能实时测试、误差较大的问题，提供了一种薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其能够对薄壁管材进行径向加载拉伸，便于实时测量薄壁管材样品的变形，并能降低测量误差。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，包括上夹持件、下夹持件、上导杆、下导杆及两根芯棒，所述上夹持件包括上夹持主体，上夹持主体构成有向下开口的上芯棒定位槽，所述下夹持件包括下夹持主体，下夹持主体构成有向上开口的下芯棒定位槽，所述上夹持主体位于下夹持主体上方，上芯棒定位槽向下的开口与下芯棒定位槽向上的开口位置对应，两根芯棒分别嵌入上芯棒定位槽和下芯棒定位槽内；所述上导杆上端与上夹持主体连接，所述下导杆上端与下夹持主体连接，上导杆下端端头位于下导杆下端端头上方。在本发明应用时，两根芯棒穿过薄壁管材试样管，即将试样管套设在两根芯棒上。下导杆用于连接长度计，长度计的移动探头与上导杆顶触，长度计测得的数据为上导杆与下导杆之间的运动行程，由于上下导杆分别与上下夹持件主体直接连接，因此，上下导杆间的位移值与上下夹持件的位移值一致，通过将上夹持件与下夹持件分离，则长度计直接将上夹持件与下夹持件的运动距离测量出来，通过数学换算，即可得出圆环的周向变形值。施加作用力时两根芯棒沿试样管径向分离，试样管沿着圆周方向产生变形，试样管在整个圆周方向上受到周向拉力，由于环形试样管具有两个对称的标距段，也就是说具有两个相等的承载面积，因此每个承载面积上的力值等于芯棒分离载荷的一半；上夹持件与下夹持件分离时，试样管有两段位于分离间隙处，随着上夹持件与下夹持件分离间隙增加，试样管上的相应两段也随之等量增加，而试样管的周向变形直等于处于分离间隙处两段增加的变形值，也就是说，试样管整个周向变形值等于上夹持件与下夹持件运动距离的两倍。

所述上芯棒定位槽和下芯棒定位槽两者的纵向截面均由矩形状部分及与矩形状部分拼接的等腰梯形状部分构成，所述上芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分下方，且上芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分上宽下窄；所述下芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分上方，且下芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分下宽上窄；所述芯棒两端均构成有坡面，两根芯棒分别与上芯棒定位槽和下芯棒定位槽通过斜面配合固定。其中，芯棒与上芯棒定位槽和下芯棒定位槽通过斜面配合固定，便于对试样管与芯棒之间的间隙进行调节。

为了便于将芯棒放置在上芯棒定位槽和下芯棒定位槽内，所述上芯棒定位槽由上夹持主体前端面内凹构成，所述下芯棒定位槽由下夹持主体前端面内凹构成。

所述上导杆和下导杆均包括纵向杆及一端与纵向杆下端连接的横向杆，所述上导杆的横向杆位于下导杆的横向杆正上方。如此，上导杆和下导杆均构成“L”状，本发明在应用时可将长度计固定在下导杆的横向杆上，长度计的移动探头与上导杆的横向杆顶触，便于对长度计进行布置。

为了便于安装长度计，所述下导杆的横向杆设有用于夹持长度计的夹持孔。

作为优选，所述上导杆和下导杆的数量均为两根，两根上导杆与上夹持主体的连接部位分布于上芯棒定位槽两侧，两根下导杆与下夹持主体的连接部位分布于下芯棒定位槽两侧。如此，本发明应用时可通过在两根下导杆上各安装一根长度计来测量上下夹持件之间的运动距离，通过两根长度计测得的数值获取变形值，再得到变形平均值，能使测试结果更加准确。

所述上夹持主体构成有两个向下开口的上矩形槽，两个上矩形槽分布于上芯棒定位槽两侧，两根上导杆上端分别嵌入两个上矩形槽内且通过螺栓与上夹持主体固定连接；所述下夹持主体构成有两个向下开口的下矩形槽，两个下矩形槽分布于下芯棒定位槽两侧，两根下导杆上端分别嵌入两个下矩形槽内且通过螺栓与下夹持主体固定连接。其中，两根上导杆上端分别嵌入两个上矩形槽内且通过螺栓与上夹持主体固定连接，两根下导杆上端分别嵌入两个下矩形槽内且通过螺栓与下夹持主体固定连接，可节省安装空间。在具体设置时，为了避免上导杆与下导杆间直接接触而产生摩擦，上矩形槽与下矩形槽间具有一定的平行位移间距，即将上矩形槽与下矩形槽错位设置。

所述上夹持主体连接有上连接杆，所述下夹持主体连接有下连接杆。在本发明应用时，上夹持件通过上连接杆与力学试验机的拉杆连接，下夹持件通过下连接杆与力学试验机的拉杆连接，本发明设置上连接杆和下连接杆，便于将上夹持件和下夹持件安装在力学试验机上或从力学试验机上拆卸。

薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置应用方法，包括以下步骤：

步骤一、分别将上夹持件和下夹持件与力学试验机的拉杆连接，保证上夹持主体与下夹持主体垂直对中；

步骤二、将两根芯棒穿过试样管，调整使试样管位于两根芯棒中央，并将两根芯棒分别嵌入上芯棒定位槽和下芯棒定位槽内；

步骤三、将长度计固定端卡入下导杆的夹持孔内，调节长度计位置，使其移动探头顶触在上导杆的横向杆下端面；

步骤四、将长度计清零，设定环境温度为750℃～850℃；

步骤五、进行试验，将长度计的数据进行实时采集，并保存试验载荷及变形数据。

所述步骤四还包括以下步骤：设定好试验机的拉伸模式，对试样管进行往复预拉紧，消除试样管内壁与芯棒外表面的间隙。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明在应用时将薄壁管材试样管套设在两根芯棒上，长度计连接在下导杆上且其移动探头与上导杆顶触，通过拉对上夹持件和下夹持件能够给薄壁管材施加径向力，通过长度计测试上下导杆的位移值经过计算即可实时得出试样管的变形，获得可靠的薄壁管材周向拉伸性能，本发明作为夹具的上下夹持主体与作为变形引出导杆的上下导杆直接连接，加工、使用便捷，省去了多余配合部件和专门测量变形的装置，直接测量试样管的变形，能将拉伸设备测量的系统部件连接误差降至最低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中上夹持件的结构示意图；

图3为图1中下夹持件的结构示意图；

图4为图1中芯棒的结构示意图；

图5为图1中下导杆的结构示意图。

附图中附图标记所对应的名称为：1、上夹持件，101、上夹持件主体，102、上芯棒定位槽，103、上连接杆，104、上矩形槽，2、下夹持件，201、下夹持件主体，202、下芯棒定位槽，203、下连接杆，204、下矩形槽，3、芯棒，4、上导杆，5、下导杆，6、夹持孔。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，包括上夹持件1、下夹持件2、上导杆4、下导杆5及两根芯棒3，其中，上夹持件1包括上夹持主体101，下夹持件2包括下夹持主体201，上夹持主体101和下夹持主体201均类似于矩形块状，且上夹持主体101位于下夹持主体201上方。上夹持主体101构成有向下开口的上芯棒定位槽102，下夹持主体201构成有向上开口的下芯棒定位槽202，上芯棒定位槽102向下的开口与下芯棒定位槽202向上的开口位置对应，两根芯棒3分别嵌入上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202内。上导杆4上端与上夹持主体101连接，下导杆5上端与下夹持主体201连接，上导杆4下端端头位于下导杆5下端端头上方，且上导杆4下端端头的水平高度低于下夹持主体201底部的水平高度。

本实施例应用时包括以下步骤：步骤一、分别将上夹持件1和下夹持件2与力学试验机的拉杆连接，保证上夹持主体101与下夹持主体201垂直对中，上夹持主体101与下夹持主体201相对面邻近，相距约为0.5mm；步骤二、将两根芯棒3穿过试样管，调整使试样管位于两根芯棒3中央，保证平直度，并将两根芯棒3分别嵌入上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202内；步骤三、将长度计固定在下导杆5上，调节长度计位置，使其移动探头与上导杆4顶触；步骤四、设定好试验机的拉伸模式，对试样管进行往复预拉紧，消除试样管内壁与芯棒3外表面的间隙，再将长度计清零，设定环境温度为750℃～850℃；步骤五、进行试验，将长度计的数据进行实时采集，经计算得到试验载荷及变形数据，并将试验载荷及变形数据保存。

实施例2

如图2～4所示，本实施例在实施例1的基础上进行了如下改进：本实施例的上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202结构相同，两者的纵向截面均由矩形状部分及与矩形状部分拼接的等腰梯形状部分构成，其中，上芯棒定位槽102纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分下方，且上芯棒定位槽102纵向截面的等腰梯形状部分上宽下窄。下芯棒定位槽202纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分上方，且下芯棒定位槽202纵向截面的等腰梯形状部分下宽上窄。如此，上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202两者纵向截面为等腰梯形状的部分的槽体两侧面均构成斜面，上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202两者的槽后方为垂直面。芯棒3两端均构成与上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202槽体内斜面匹配的坡面，两根芯棒3分别与上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202通过斜面配合固定。芯棒3嵌入上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202后应保持芯棒3与槽体的垂直面接触。为了便于放置芯棒3，上芯棒定位槽102由上夹持主体101前端面内凹构成，下芯棒定位槽202由下夹持主体201前端面内凹构成。本实施例应用时，将两根芯棒3分别嵌入上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202内，即可将芯棒3固定，安装、拆卸便捷。

实施例3

如图5所示，本实施例在实施例1或实施例2的基础上进行了如下改进：本实施例的上导杆4和下导杆5均包括纵向杆及一端与纵向杆下端连接的横向杆，上导杆4的横向杆位于下导杆5的横向杆正上方。其中，下导杆5的横向杆设有用于夹持长度计的夹持孔6。本实施例应用时将长度计安装在夹持孔6内即可完成对长度计的固定，安装、拆卸便捷。

实施例4

本实施例在实施例1～3中任意一个实施例的基础上进行了如下改进：本实施例的上导杆4和下导杆5的数量均为两根，其中，两根上导杆4与上夹持主体101的连接部位分布于上芯棒定位槽102两侧，两根下导杆5与下夹持主体201的连接部位分布于下芯棒定位槽202两侧。其中，在具体设置时两根上导杆4和两根下导杆5应具有一定的平行位移间距，即两根上导杆4与两根下导杆5错位设置。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上进行了如下改进：本实施例的上夹持主体101构成有两个向下开口的上矩形槽104，两个上矩形槽104分布于上芯棒定位槽102两侧，两根上导杆4上端分别嵌入两个上矩形槽104内且通过螺栓与上夹持主体101固定连接。下夹持主体201构成有两个向下开口的下矩形槽204，两个下矩形槽204分布于下芯棒定位槽202两侧，两根下导杆5上端分别嵌入两个下矩形槽204内且通过螺栓与下夹持主体201固定连接。其中，在具体设置时两个上矩形槽104和两个下矩形槽204应具有一定的平行位移间距，即两个上矩形槽104与两个下矩形槽204错位设置。

实施例6

为了便于连接力学试验机，本实施例在实施例1～5中任意一个实施例的基础上进行了如下改进：上夹持主体101上端面连接有上连接杆103，下夹持主体201上端面连接有下连接杆203。

实施例7

薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置应用方法，包括以下步骤：步骤一、分别将上夹持件1和下夹持件2与力学试验机的拉杆连接，保证上夹持主体101与下夹持主体201垂直对中，并保持上夹持主体101下端面与下夹持主体201上端面邻近，相距约为0.5mm；步骤二、将两根芯棒3穿过试样管，调整使试样管位于两根芯棒3中央，保证平直度，并将两根芯棒3分别嵌入上芯棒定位槽102和下芯棒定位槽202内，保持芯棒3与槽体垂直面接触；步骤三、将上导杆4和下导杆5固定，保持上导杆4和下导杆5垂直；步骤四、将长度计固定端卡入下导杆5的夹持孔6内，调节长度计位置，使其移动探头顶触在上导杆4的横向杆下端面；步骤五、设定好试验机的拉伸模式，对试样管进行往复预拉紧，消除试样管内壁与芯棒3外表面的间隙，将长度计清零，通过高温加热装置设定环境温度为750℃～850℃；步骤六、进行试验，将长度计的数据进行实时采集，并保存试验载荷及变形数据。其中，本实施例设定的环境温度优选为800℃。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特征在于，包括上夹持件（1）、下夹持件（2）、上导杆（4）、下导杆（5）及两根芯棒（3），所述上夹持件（1）包括上夹持主体（101），上夹持主体（101）构成有向下开口的上芯棒定位槽（102），所述下夹持件（2）包括下夹持主体（201），下夹持主体（201）构成有向上开口的下芯棒定位槽（202），所述上夹持主体（101）位于下夹持主体（201）上方，上芯棒定位槽（102）向下的开口与下芯棒定位槽（202）向上的开口位置对应，两根芯棒（3）分别嵌入上芯棒定位槽（102）和下芯棒定位槽（202）内；所述上导杆（4）上端与上夹持主体（101）连接，所述下导杆（5）上端与下夹持主体（201）连接，上导杆（4）下端端头位于下导杆（5）下端端头上方。

2.根据权利要求1所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特征在于，所述上芯棒定位槽（102）和下芯棒定位槽（202）两者的纵向截面均由矩形状部分及与矩形状部分拼接的等腰梯形状部分构成，所述上芯棒定位槽（102）纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分下方，且上芯棒定位槽（102）纵向截面的等腰梯形状部分上宽下窄；所述下芯棒定位槽（202）纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分上方，且下芯棒定位槽（202）纵向截面的等腰梯形状部分下宽上窄；所述芯棒（3）两端均构成有坡面，两根芯棒（3）分别与上芯棒定位槽（102）和下芯棒定位槽（202）通过斜面配合固定。

3.根据权利要求2所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特在，所述上芯棒定位槽（102）由上夹持主体（101）前端面内凹构成，所述下芯棒定位槽（202）由下夹持主体（201）前端面内凹构成。

4.根据权利要求1所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特在，所述上导杆（4）和下导杆（5）均包括纵向杆及一端与纵向杆下端连接的横向杆，所述上导杆（4）的横向杆位于下导杆（5）的横向杆正上方。

5.根据权利要求4所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特在，所述下导杆（5）的横向杆设有用于夹持长度计的夹持孔（6）。

6.根据权利要求1所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特征在于，所述上导杆（4）和下导杆（5）的数量均为两根，两根上导杆（4）与上夹持主体（101）的连接部位分布于上芯棒定位槽（102）两侧，两根下导杆（5）与下夹持主体（201）的连接部位分布于下芯棒定位槽（202）两侧。

7.根据权利要求6所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特征在于，所述上夹持主体（101）构成有两个向下开口的上矩形槽（104），两个上矩形槽（104）分布于上芯棒定位槽（102）两侧，两根上导杆（4）上端分别嵌入两个上矩形槽（104）内且通过螺栓与上夹持主体（101）固定连接；所述下夹持主体（201）构成有两个向下开口的下矩形槽（204），两个下矩形槽（204）分布于下芯棒定位槽（202）两侧，两根下导杆（5）上端分别嵌入两个下矩形槽（204）内且通过螺栓与下夹持主体（201）固定连接。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其特在，所述上夹持主体（101）连接有上连接杆（103），所述下夹持主体（201）连接有下连接杆（203）。

9.薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、分别将上夹持件（1）和下夹持件（2）与力学试验机的拉杆连接，保证上夹持主体（101）与下夹持主体（201）垂直对中；

步骤二、将两根芯棒（3）穿过试样管，调整使试样管位于两根芯棒（3）中央，并将两根芯棒（3）分别嵌入上芯棒定位槽（102）和下芯棒定位槽（202）内；

步骤三、将长度计固定端卡入下导杆（5）的夹持孔（6）内，调节长度计位置，使其移动探头顶触在上导杆（4）的横向杆下端面；

步骤四、将长度计清零，设定环境温度为750℃～850℃；

步骤五、进行试验，将长度计的数据进行实时采集，并保存试验载荷及变形数据。

10.根据权利要求9所述的薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置应用方法，其特征在于，所述步骤四还包括以下步骤：设定好试验机的拉伸模式，对试样管进行往复预拉紧，消除试样管内壁与芯棒（3）外表面的间隙。

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