CN103698210A - 燃料组件综合力学性能试验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了燃料组件综合力学性能试验装置及其实验方法，燃料组件综合力学性能试验装置，包括水平支撑台（9）和放置在水平支撑台（9）上的竖直支撑台（10）；水平支撑台（9）上安装有底座（3），底座（3）上安装有至少3根轴线垂直于水平支撑台（9）上表面的加载立柱（8），底座（3）上安装有至少2根轴线垂直于水平支撑台（9）上表面的测量立柱（2）；底座（3）上方设置有加载顶板（1），加载顶板（1）通过连接件与竖直支撑台连接，加载立柱（8）远离底座（3）的一端贯穿加载顶板（1）。本发明的效果在于：能够实现一次安装，完成多种试验。装置安装操作方便、易于拆卸，试验步骤少。

Description

燃料组件综合力学性能试验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及一种燃料组件综合力学性能试验装置，具体涉及一种采用了四立柱型承载框架结构可用于燃料组件力学性能试验的装置。该装置可用于反应堆燃料组件的拉、压、扭转、弯曲、跌落和撞墙反弹等力学性能试验。

背景技术

核电站反应堆燃料组件是由燃料棒、上管座部件、下管座部件、端部格架、搅混格架部件、导向管部件、通量测量管等构成，燃料组件上有多层定位格架，定位格架焊接在导向管上，通过内部的弹簧将燃料棒固定，形成燃料组件。燃料组件的力学性能直接关系着燃料组件的完整性和安全性，按照相关核安全法规，对新设计的燃料组件必须进行力学性能试验。试验装置必须能够进行燃料组件的拉伸、压缩、扭转、弯曲（两种边界条件）、跌落和撞墙反弹等综合力学性能试验，测量燃料组件的拉伸、压缩、扭转、弯曲刚度、极限承载能力等关键力学性能，实现燃料组件的力学性能综合试验和评价，该装置还必须满足以同一个试验装置满足上述所有的实验测试，以达到节约成本的目的和测试准确性的目的。

从目前的专利查新来看，还未有关于燃料组件综合力学性能试验装置的相关专利，从国内外公开发表的文献来看，也没有燃料组件综合力学性能试验装置的描述。

发明内容

本发明的目的在于提供燃料组件综合力学性能试验装置及其实验方法，以满足燃料组件力学性能试验需要。

本发明的实现方案如下：燃料组件综合力学性能试验装置，包括水平支撑台和放置在水平支撑台上的竖直支撑台；水平支撑台上安装有底座，底座上安装有至少3根轴线垂直于水平支撑台上表面的加载立柱，底座上安装有至少2根轴线垂直于水平支撑台上表面的测量立柱；底座上方设置有加载顶板，加载顶板通过连接件与竖直支撑台连接，加载立柱远离底座的一端贯穿加载顶板，加载顶板开有被测燃料组件安放通孔。

本发明的设计原理为：本发明根据被测燃料组件的大小、形状等特点特设置成上述装置，其中加载立柱作为承重的最主要本体，在实验中起到稳定整个装置的目的。由于被测燃料组件的形状为长条形状，因此特采用柱体的加载立柱插设在底座上，阵列在被测燃料组件四周，起到围合被测燃料组件目的，在实验中加载实验机具的目的，一般加载立柱的数目为3个或4或5个或6个，优选4个加载立柱或6个加载立柱。水平支撑台和竖直支撑台优选为混凝土铸造的平台或钢铸件平台。底座为固定被测燃料组件的工装，可以根据被测燃料组件的不同而设置成不同形式的底座，这样可便于测试不同的被测燃料组件。加载顶板起到对加载立柱远离底座一端的稳定，通过加载顶板的限位稳固加载立柱，使得加载立柱远离底座一端不会造成晃动，以此保证实验数据的准确性。

本发明以上述设置的底座和加载顶板以及设置在底座和加载顶板之间的加载立柱构成多功能承载框架，多功能承载框架将被测燃料组件围合在其内部，然后利用水平支撑台稳固多功能承载框架的底座，同时利用竖直支撑台稳固多功能承载框架的加载顶板，使得整个多功能承载框架设置在稳定的环境中，这样使得测试时，避免多功能承载框架晃动而造成测试数据失准。同时，本发明还设置有用于测试数据的测量立柱。相邻测量立柱之间设置有限位装置，限位装置与测量立柱连接。传感器固定在限位装置上，测量被测燃料组件在受力情况下发生的形变指数。测量立柱与多功能承载框架互为独立个体，因此加载产生的微小变形也不会影响位移测量，保障测量精度。

底座上安装有轴线垂直于水平支撑台上表面的调位立柱，调位立柱包括套接的顶板调节锁紧管A和顶板调节锁紧管B，顶板调节锁紧管A一端与底座连接，顶板调节锁紧管A的另一端插入顶板调节锁紧管B内部，且顶板调节锁紧管B与加载顶板连接。

为了适应不同长度尺寸的被测燃料组件，本发明还设置有调位立柱，调位立柱和其他辅助件构成顶板调节锁紧系统，帮助调节加载顶板的高度，以适应不同长度尺寸的被测燃料组件。其设计原理为：利用套接的顶板调节锁紧管A和顶板调节锁紧管B，以此来调节顶板调节锁紧管A和顶板调节锁紧管B的相对位置，由于顶板调节锁紧管A一端与底座连接，因此调节了调节顶板调节锁紧管A和顶板调节锁紧管B的相对位置势必由于顶板调节锁紧管B与加载顶板连接，从而调整加载顶板的相对高度。例如：对较高被测燃料组件，调整调节顶板调节锁紧管A和顶板调节锁紧管B的相对位置，使得顶板调节锁紧管B上移，此时也带动加载顶板上移，当上移到位后，采用锁紧结构锁紧活动部位，即可。同理，当被测燃料组件变短时，调整调节顶板调节锁紧管A和顶板调节锁紧管B的相对位置，使得顶板调节锁紧管B下移，此时也带动加载顶板下移，当下移到位后，采用锁紧结构锁紧活动部位，即可。

水平支撑台和竖直支撑台均开有若干定位通孔。为了配合加载顶板的位置调整，本发明特将竖直支撑台设成具有若干定位通孔的工件。在调整加载顶板的位置后，可以调整加载顶板的连接件与定位通孔的连接，以满足竖直支撑台继续支持加载顶板的目的，同理，由于本装置需要对被测燃料组件进行弯曲试验，因此一般需要加载水平加载机构，水平加载机构也可以安装到定位通孔，为了配合不同高度的被测燃料组件，因此定位通孔也可以配合水平加载机构的安装。同时，由于水平加载机构的结构大小也存在差异，为了适应不同大小的水平加载机构，本发明中的水平支撑台也开有若干定位通孔，这样可以调整多功能承载框架距离竖直支撑台的距离，以适应不同大小的水平加载机构。

对于上述装置，本发明以上述装置为基础，根据不同实验，需要配给不同的驱动装置，一般被测燃料组件的实验包括组件拉伸压缩试验、组件扭转试验、组件弯曲试验、组件跌落试验、撞墙反弹试验。在实验时，在上述装置的基础上，可以根据具体的实验需求，设置合理的驱动装置和合理的数据测定器件。

为了实验的准确性，本发明的实验具体如下：

实验方法，包括组件拉伸压缩试验，其具体实验步骤为：

A1、将被测燃料组件通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件下端与底座上固定好后，再将垂向加载机构从加载顶板上方安装到位，被测燃料组件的上端与垂向加载机构的输出端连接；

B1、通过垂向加载机构对被测燃料组件施加拉伸载荷或压缩载荷，同时测量被测燃料组件的垂向变形指数、侧向变形指数，并绘制组件拉伸变形曲线或组件压缩变形曲线，根据绘制好的组件拉力变形曲线或组件压力变形曲线计算出曲线斜率，根据曲线斜率确定被测燃料组件的拉刚度或压刚度；其中，当组件发生失稳时，停止实验，失稳时的载荷为临界失稳载荷。

该实验为拉伸压缩试验，其实验原理为：以上述装置为基础，在该装置上加载垂向加载机构，垂向加载机构作为对被测燃料组件输出力的重要组件，由于测试的是被测燃料组件轴线方向的拉伸或压缩实验数据，因此垂向加载机构优选设置在加载顶板，这也是为什么采用加载顶板而不采用其他的限位固定方式，以加载顶板为固定方式，可以起到较高的载荷值，保证垂向加载机构的稳定性。在上述实验基础上，还需要设各自对应实验需求的传感器件，由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

所述的实验方法，还包括组件扭转试验，其具体实验步骤为：

A2、将被测燃料组件通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件下端与底座固定好后，再将扭转加载机构安装到加载顶板上，被测燃料组件的上端与扭转加载机构的输出端连接；

B2、通过扭转加载机构对被测燃料组件施加扭转力，同时测量被测燃料组件的转动角度、侧向变形指数，绘制组件扭矩转动角度曲线，根据绘制好的组件扭矩转动角度曲线计算出曲线斜率，根据曲线斜率确定被测燃料组件的扭转刚度。

该实验为扭转试验，其实验原理为：扭转加载机构工作，垂向加载机构提供一定的垂向载荷，水平加载机构不工作。同理，因此扭转加载机构优选设置在加载顶板，这也是为什么采用加载顶板而不采用其他的限位固定方式，以加载顶板为固定方式，可以起到较高的载荷值，保证扭转加载机构的稳定性，同时也保证被测燃料组件在实验过程中的稳定性。在上述实验基础上，还需要设各自对应实验需求的传感器件，由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

所述的实验方法，还包括组件弯曲试验，组件弯曲试验分为中部受载弯曲实验和上端部受载弯曲实验， 

中部受载弯曲实验时，其具体实验步骤为：

A3、将被测燃料组件通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件下端与底座固定好后，再将垂向加载机构从加载顶板上方安装到位，被测燃料组件的上端与垂向加载机构的输出端连接，取水平加载机构通过定位通孔安装在竖直支撑台上，按照试验要求将水平加载机构调整到被测燃料组件的中部位置，使得水平加载机构的输出端对准被测燃料组件的中部位置；

B3、通过水平加载机构对被测燃料组件中部施加载荷，并测量被测燃料组件的变形指数，绘制组件力变形曲线，由组件力变形曲线的曲线斜率确定其弯曲刚度；

上端部受载弯曲实验时，其具体实验步骤为：

A4、将被测燃料组件通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件下端与底座刚性连接，取水平加载机构通过定位通孔安装在竖直支撑台上，按照试验要求将水平加载机构调整到被测燃料组件的上端部位置，使得水平加载机构的输出端对准被测燃料组件的上端部位置；

B4、通过水平加载机构对被测燃料组件上端部施加载荷，并测量被测燃料组件的变形指数，绘制组件力变形曲线，由组件力变形曲线的曲线斜率确定其弯曲刚度。

根据上述实验步骤，本组件弯曲试验分为中部受载弯曲实验和上端部受载弯曲实验，因此，根据实验需求，被测燃料组件的受力位置不同，因此水平加载机构的位置也会做出相应的调整，因此，为了配合水平加载机构的位置调整，竖直支撑台均开有若干定位通孔。上端部受载弯曲实验时，垂向加载机构被拆下或垂向加载机构不对被测燃料组件施加正常载荷。在中部受载弯曲实验时，需要垂向加载机构对被测燃料组件施加载荷，满足试验要求。由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

所述的实验方法，还包括组件跌落试验，其具体实验步骤为：

A5、将冲击力传感器安装在底座上，将被测燃料组件通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，垂向加载机构安装到加载顶板，将组件释放机构安装在垂向加载机构的输出端，组件释放机构与被测燃料组件的上端部连接；

B5、利用垂向加载机构将被测燃料组件提升到预定高度，组件释放机构释放被测燃料组件，被测燃料组件下跌并与冲击力传感器撞击，由冲击力传感器测量被测燃料组件跌落时的碰撞力。

在上述实验中，在组装被测燃料组件时，被测燃料组件下端可事先放置在冲击力传感器上，利用垂向加载机构将被测燃料组件提升到预定高度的方法可以是：通过调整顶板调节锁紧管A和顶板调节锁紧管B的相对位置，从而使得垂向加载机构将被测燃料组件提升到预定高度。也可以直接抬升垂向加载机构的高度，使得垂向加载机构直接提升被测燃料组件到预定高度。组件释放机构释放后，被测燃料组件做自由落体运动，然后撞击冲击力传感器，由冲击力传感器测定被测数据。由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

所述的实验方法，还包括撞墙反弹试验，其具体实验步骤为：

A6、将被测燃料组件通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件下端直接放置在底座上，再将垂向加载机构从加载顶板上方安装到位，被测燃料组件的上端与垂向加载机构的输出端连接；取水平加载机构通过定位通孔安装在竖直支撑台上，按照试验要求将水平加载机构调整到被测燃料组件的中部位置，使得水平加载机构的输出端对准被测燃料组件的中部位置，水平加载机构的输出端通过组件释放机构与被测燃料组件的中部位置连接；竖直支撑台上还安装有刚性支撑，刚性支撑远离竖直支撑台的一端还设置有与水平加载机构位于同一高度的撞击力传感器，撞击力传感器位于被测燃料组件远离水平加载机构的一侧；

B6、利用垂向加载机构对被测燃料组件施加正常工作时的压紧力，由水平加载机构对被测燃料组件施加位移量，然后组件释放机构断开与被测燃料组件的连接，从而释放被测燃料组件，使被测燃料组件与刚性支撑碰撞，由撞击力传感器测量被测燃料组件的碰撞力。

在上述实验中，当水平加载机构对被测燃料组件施加变形位移量，组件释放机构释放后，被测燃料组件弹射而出，然后冲击撞击力传感器，刚性支撑模拟墙面，由撞击力传感器测定被测数据。由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

被测燃料组件的轴线与加载顶板顶面垂直。被测燃料组件吊入前装置垂直、对中已调整。组件吊入后，可做微调或不调整。

本发明的效果在于：a. 可进行燃料组件拉、压、弯、扭、跌落、撞墙试验；b.能够实现一次安装，完成多种试验。c. 装置安装操作方便、易于拆卸，试验步骤少。

附图说明

图1为组件扭转试验时的侧视结构示意图。

图2为组件扭转试验时的正视结构示意图

图3为上端部受载弯曲实验时的侧视结构示意图。

图4为组件跌落试验时的侧视结构示意图。

图5为撞墙反弹试验时的侧视结构示意图。

图中的附图标记为：1、加载顶板；2、测量立柱；3、底座；4、被测燃料组件；5、垂向加载机构；6、扭转加载机构；7、水平加载机构；8、加载立柱；9、水平支撑台；10、竖直支撑台；21、限位装置；51、组件释放机构；52、冲击力传感器；53、撞击力传感器；54、刚性支撑； 81、顶板调节锁紧管A；82、顶板调节锁紧管B。

具体实施方式

实施例1

如图1至图5所示。 

燃料组件综合力学性能试验装置，包括水平支撑台9和放置在水平支撑台9上的竖直支撑台10；水平支撑台9上安装有底座3，底座3上安装有至少3根轴线垂直于水平支撑台9上表面的加载立柱8，底座3上安装有至少2根轴线垂直于水平支撑台9上表面的测量立柱2；底座3上方设置有加载顶板1，加载顶板1通过连接件与竖直支撑台连接，加载立柱8远离底座3的一端贯穿加载顶板1，加载顶板1开有被测燃料组件安放通孔。

本发明的设计原理为：本发明根据被测燃料组件的大小、形状等特点特设置成上述装置，其中加载立柱8作为承重的最主要本体，在实验中起到稳定整个装置的目的。由于被测燃料组件的形状为长条形状，因此特采用柱体的加载立柱8插设在底座3上，阵列在被测燃料组件四周，起到围合被测燃料组件目的，在实验中加载实验机具的目的，一般加载立柱的数目为3个或4或5个或6个，优选4个加载立柱或6个加载立柱。水平支撑台9和竖直支撑台10优选为混凝土铸造的平台或钢铸件平台。底座3为固定被测燃料组件的工装，可以根据被测燃料组件的不同而设置成不同形式的底座，这样可便于测试不同的被测燃料组件。加载顶板1起到对加载立柱远离底座3一端的稳定，通过加载顶板的限位稳固加载立柱，使得加载立柱远离底座3一端不会造成晃动，以此保证实验数据的准确性。

本发明以上述设置的底座3和加载顶板以及设置在底座3和加载顶板之间的加载立柱构成多功能承载框架，多功能承载框架将被测燃料组件围合在其内部，然后利用水平支撑台9稳固多功能承载框架的底座3，同时利用竖直支撑台10稳固多功能承载框架的加载顶板，使得整个多功能承载框架设置在稳定的环境中，这样使得测试时，避免多功能承载框架晃动而造成测试数据失准。同时，本发明还设置有用于测试数据的测量立柱2。在实验时，以测量立柱2作为观测点，使得能够轻易的观察被测燃料组件在受力情况下发生的形变指数。测量立柱与多功能承载框架互为独立个体，因此加载产生的微小变形也不会影响位移测量，保障测量精度。

相邻测量立柱2之间设置有限位装置21，限位装置21与测量立柱2连接。限位装置21可以安装固定传感器。

底座3上安装有轴线垂直于水平支撑台9上表面的调位立柱，调位立柱包括套接的顶板调节锁紧管A81和顶板调节锁紧管B82，顶板调节锁紧管A81一端与底座3连接，顶板调节锁紧管A81的另一端插入顶板调节锁紧管B82内部，且顶板调节锁紧管B82与加载顶板1连接。

为了适应不同长度尺寸的被测燃料组件，本发明还设置有调位立柱，调位立柱和其他辅助件构成顶板调节锁紧系统，帮助调节加载顶板的高度，以适应不同长度尺寸的被测燃料组件。其设计原理为：利用套接的顶板调节锁紧管A81和顶板调节锁紧管B82，以此来调节顶板调节锁紧管A81和顶板调节锁紧管B82的相对位置，由于顶板调节锁紧管A81一端与底座3连接，由于顶板调节锁紧管B82与加载顶板1连接，因此调节了调节顶板调节锁紧管A81和顶板调节锁紧管B82的相对位置，从而调整加载顶板1的相对高度。例如：当被测燃料组件较高时，调整调节顶板调节锁紧管A81和顶板调节锁紧管B82的相对位置，使得顶板调节锁紧管B82上移，此时也带动加载顶板1上移，当上移到位后，采用锁紧结构锁紧活动部位，即可。同理，当被测燃料组件较矮时，调整调节顶板调节锁紧管A81和顶板调节锁紧管B82的相对位置，使得顶板调节锁紧管B82下移，此时也带动加载顶板1下移，当下移到位后，采用锁紧结构锁紧活动部位，即可。

水平支撑台9和竖直支撑台10均开有若干定位通孔。为了配合加载顶板1的位置调整，本发明特将竖直支撑台10设成具有若干定位通孔的工件。在调整加载顶板1的位置后，可以调整加载顶板1的连接件与定位通孔的连接，以满足竖直支撑台10继续支持加载顶板1的目的，同理，由于本装置需要对被测燃料组件进行弯曲试验，因此一般需要加载水平加载机构，水平加载机构也可以安装到定位通孔，为了配合不同高度的被测燃料组件，因此定位通孔也可以配合水平加载机构的安装。同时，由于水平加载机构的结构大小也存在差异，为了适应不同大小的水平加载机构，本发明中的水平支撑台9也开有若干定位通孔，这样可以调整多功能承载框架距离竖直支撑台10的距离，以适应不同大小的水平加载机构。

对于上述装置，本发明以上述装置为基础，根据不同实验，需要配给不同的驱动装置，一般被测燃料组件的实验包括组件拉伸压缩试验、组件扭转试验、组件弯曲试验、组件跌落试验、撞墙反弹试验。在实验时，在上述装置的基础上，可以根据具体的实验需求，设置合理的驱动装置和合理的数据测定仪表。

一般的，本装置分为多功能承载框架、测量立柱、加载机构、控制器、相应燃料组件夹具、测量传感器等组成。多功能承载框架的高度可以进行调节，以适应不同燃料组件的尺寸，多功能承载框架顶部、中部可安装不同类型的加载机构，在控制器的控制下，对燃料组件施加拉伸、压缩、扭转、弯曲、跌落、碰撞等载荷，并通过相应的力和位移传感器测量燃料组件所受的力和变形，从而获得燃料组件的刚度、临界载荷等力学参数。

多功能承载框架是本装置的关键部件，其主要作用是作为作用力的高刚度闭合框架；提供多处加载机构的安装平台，以适应不同试验的需求。

加载机构包括进行拉伸、压缩的线性作动器、进行扭转的旋转作动器、进行弯曲试验的线性作动器等组成。加载机构的作动器可以是以液压驱动的液压作动器，也可以是电动式作动器或机械加载装置。加载机构还包含为作动器提供动力的液压源或电信号放大器。控制器包括提供输出信号的D/A转换器和相应控制软件。

根据被测燃料组件的不同，采用相应的燃料组件夹具，包括连接板、燃料组件定位销钉、弯曲试验加载围板等。

测量传感器包括垂向载荷力传感器，水平载荷力传感器、跌落冲击力传感器、撞墙冲击力传感器、扭转力矩传感器；垂向位移变形位移传感器、水平变形位移传感器，角度传感器、以及在测量立柱上可灵活布置的电涡流位移传感器、差动变压器式位移传感器，激光位移传感器；布置于燃料组件关键位置的测量组件应力应变的应变片等。

以上测量传感器、燃料组件夹具、加载机构等可根据具体实验需增加或减少或安装后不动作。也可以将上述设备集合在上述燃料组件综合力学性能试验装置上，根据具体实验需求启动，而不需要的则不开启活动。以一次安装成型满足多个实验测试的需求。测试时，至需要更换不同的被测燃料组件即可。

实施例2

实验方法，包括组件拉伸压缩试验，其具体实验步骤为：

A1、将被测燃料组件4通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件4下端与底座上固定好后，再将垂向加载机构5从加载顶板1上方安装到位，被测燃料组件4的上端与垂向加载机构5的输出端连接，并对被测燃料组件4的垂直度调整；优选，被测燃料组件4下端与底座上的夹具上的销钉固定；与测量立柱连接的限位装置上布置有电涡流位移传感器或差动变压器式位移传感器或激光位移传感器；被测燃料组件4的表面贴附有测量组件应变的应变片等。

B1、通过垂向加载机构5对被测燃料组件4施加拉伸载荷或压缩载荷，同时测量被测燃料组件4的垂向变形指数、侧向变形指数，并绘制组件拉伸变形曲线或组件压缩变形曲线，根据绘制好的组件拉力变形曲线或组件压力变形曲线计算出曲线斜率，根据曲线斜率确定被测燃料组件4的拉刚度或压刚度；其中，当组件发生失稳时，停止实验，失稳时的载荷为临界失稳载荷。

该实验为拉伸压缩试验，其实验原理为：以上述装置为基础，在该装置上加载垂向加载机构5，垂向加载机构5作为对被测燃料组件4输出力的重要组件，由于测试的是被测燃料组件4轴线方向的拉伸或压缩实验数据，因此垂向加载机构5优选设置在加载顶板1，这也是为什么采用加载顶板1而不采用其他的限位固定方式，以加载顶板1为固定方式，可以起到较高的载荷值，保证垂向加载机构5的稳定性。在上述实验基础上，还需要设各自对应实验需求的传感器件，由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

实施例3

如图1和图2所示，所述的实验方法，还包括组件扭转试验，其具体实验步骤为：

A2、将被测燃料组件4通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件4下端与底座固定好后，再将扭转加载机构6安装到加载顶板上，被测燃料组件4的上端与扭转加载机构6的输出端连接；与测量立柱连接的限位装置上布置有电涡流位移传感器或差动变压器式位移传感器或激光位移传感器；被测燃料组件4的表面贴附有测量组件应变的应变片等。

B2、通过扭转加载机构6对被测燃料组件4施加扭转力，同时测量被测燃料组件4的转动角度、侧向变形指数，绘制组件扭矩转动角度曲线，根据绘制好的组件扭矩转动角度曲线计算出曲线斜率，根据曲线斜率确定被测燃料组件4的扭转刚度。

该实验为扭转实验，其实验原理为：扭转加载机构工作，垂向加载机构提供一定的垂向载荷，水平加载机构不工作。同理，因此扭转加载机构6优选设置在加载顶板1，这也是为什么采用加载顶板1而不采用其他的限位固定方式，以加载顶板1为固定方式，可以起到较高的载荷值，保证扭转加载机构6的稳定性，同时也保证被测燃料组件在实验过程中的稳定性。在上述实验基础上，还需要设各自对应实验需求的传感器件，由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

实施例4

所述的实验方法，还包括组件弯曲试验，组件弯曲试验分为中部受载弯曲实验和上端部受载弯曲实验， 

中部受载弯曲实验时，其具体实验步骤为：

A3、将被测燃料组件4通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件4下端与底座固定好后，再将垂向加载机构5从加载顶板1上方安装到位，被测燃料组件4的上端与垂向加载机构5的输出端连接，取水平加载机构7通过定位通孔安装在竖直支撑台10上，按照试验要求将水平加载机构7调整到被测燃料组件4的中部位置，使得水平加载机构7的输出端对准被测燃料组件4的中部位置；与测量立柱连接的限位装置上布置有电涡流位移传感器或差动变压器式位移传感器或激光位移传感器；被测燃料组件4的表面贴附有测量组件应变的应变片等。

B3、通过水平加载机构7对被测燃料组件4中部施加载荷，并测量被测燃料组件4的变形指数，绘制组件力变形曲线，由组件力变形曲线的曲线斜率确定其弯曲刚度；

上端部受载弯曲实验时，其具体实验步骤为：

A4、将被测燃料组件4通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件4下端与底座3刚性连接，取水平加载机构7通过定位通孔安装在竖直支撑台10上，按照试验要求将水平加载机构7调整到被测燃料组件4的上端部位置，使得水平加载机构7的输出端对准被测燃料组件4的上端部位置；与测量立柱连接的限位装置上布置有电涡流位移传感器或差动变压器式位移传感器或激光位移传感器；被测燃料组件4的表面贴附有测量组件应变的应变片等。

B4、通过水平加载机构7对被测燃料组件4上端部施加载荷，并测量被测燃料组件4的变形指数，绘制组件力变形曲线，由组件力变形曲线的曲线斜率确定其弯曲刚度。

根据上述实验步骤，本组件弯曲试验分为中部受载弯曲实验和上端部受载弯曲实验，因此，根据实验需求，被测燃料组件的受力位置不同，因此水平加载机构7的位置也会做出相应的调整，因此，为了配合水平加载机构7的位置调整，竖直支撑台10均开有若干定位通孔。上端部受载弯曲实验时，垂向加载机构5被拆下或垂向加载机构5不对被测燃料组件施加正常载荷。在中部受载弯曲实验时，垂向加载机构5可对被测燃料组件施加载荷，实现弯曲时的轴向加载。由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

实施例5

所述的实验方法，还包括组件跌落试验，其具体实验步骤为：

A5、将冲击力传感器52安装在底座3上，将被测燃料组件4通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，垂向加载机构5安装到加载顶板，将组件释放机构51安装在垂向加载机构5的输出端，组件释放机构51与被测燃料组件的上端部连接，被测燃料组件4的表面贴附有测量组件应力应变的应变片等。

B5、利用垂向加载机构5将被测燃料组件提升到预定高度，组件释放机构51释放被测燃料组件，被测燃料组件下跌并与冲击力传感器52撞击，由冲击力传感器52测量被测燃料组件跌落时的碰撞力。

在上述实验中，在组装被测燃料组件时，冲击力传感器52事先按置在底座3上，利用垂向加载机构5将被测燃料组件提升到预定高度的方法可以是，通过调整顶板调节锁紧管A81和顶板调节锁紧管B82的相对位置，从而使得垂向加载机构5将被测燃料组件提升到预定高度。也可以直接抬升垂向加载机构5的高度，使得垂向加载机构5直接提升被测燃料组件到预定高度。组件释放机构51释放后，被测燃料组件做自由落体运动，然后撞击冲击力传感器52，由冲击力传感器52测定被测数据。由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

实施例6

所述的实验方法，还包括撞墙反弹试验，其具体实验步骤为：

A6、将被测燃料组件4通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件4下端直接放置在底座上，再将垂向加载机构5从加载顶板1上方安装到位，被测燃料组件4的上端与垂向加载机构5的输出端连接；取水平加载机构7通过定位通孔安装在竖直支撑台10上，按照试验要求将水平加载机构7调整到被测燃料组件4的中部位置，使得水平加载机构7的输出端对准被测燃料组件4的中部位置，水平加载机构7的输出端通过组件释放机构51与被测燃料组件4的中部位置连接；竖直支撑台10上还安装有刚性支撑54，刚性支撑54远离竖直支撑台10的一端还设置有与水平加载机构7位于同一高度的撞击力传感器53，撞击力传感器53位于被测燃料组件4远离水平加载机构7的一侧。

B6、利用垂向加载机构5对被测燃料组件4施加正常工作时的压紧力，由水平加载机构7对被测燃料组件4施加位移量，然后组件释放机构51断开与被测燃料组件4的连接，从而释放被测燃料组件4，使被测燃料组件4与刚性支撑碰撞，由撞击力传感器53测量被测燃料组件4的碰撞力。

在上述实验中，当水平加载机构7对被测燃料组件4施加变形位移量，组件释放机构51释放后，被测燃料组件弹射而出，然后冲击撞击力传感器53，刚性支撑54模拟墙面，由撞击力传感器53测定被测数据。由于测试需求根据具体的实验要求而定，传感器件的采用种类和数量以及位置，不在赘述，以具体的实验要求为准。

被测燃料组件4的轴线与加载顶板1顶面垂直。

实施例7

本实施例中，加载立柱为可调试柱体。加载立柱的数目为3-8个。多功能承载框架为高刚度闭合框架，即多功能承载框架为笼罩式结构。

实施例8

本实施例中，垂向加载机构、扭转加载机构、水平加载机构等加载机构安装在加载立柱上。

如上所述，则能很好的实现本发明。

Claims (10)

1.燃料组件综合力学性能试验装置，其特征在于：包括水平支撑台（9）和放置在水平支撑台（9）上的竖直支撑台（10）；水平支撑台（9）上安装有底座（3），底座（3）上安装有至少3根轴线垂直于水平支撑台（9）上表面的加载立柱（8），底座（3）上安装有至少2根轴线垂直于水平支撑台（9）上表面的测量立柱（2）；底座（3）上方设置有加载顶板（1），加载顶板（1）通过连接件与竖直支撑台连接，加载立柱（8）远离底座（3）的一端贯穿加载顶板（1），加载顶板（1）开有被测燃料组件安放通孔。

2.根据权利要求1所述的燃料组件综合力学性能试验装置，其特征在于：相邻测量立柱（2）之间设置有限位装置（21），限位装置（21）与测量立柱（2）连接。

3.根据权利要求1所述的燃料组件综合力学性能试验装置，其特征在于：底座（3）上安装有轴线垂直于水平支撑台（9）上表面的调位立柱，调位立柱包括套接的顶板调节锁紧管A（81）和顶板调节锁紧管B（82），顶板调节锁紧管A（81）一端与底座（3）连接，顶板调节锁紧管A（81）的另一端插入顶板调节锁紧管B（82）内部，且顶板调节锁紧管B（82）与加载顶板（1）相连。

4.根据权利要求1所述的燃料组件综合力学性能试验装置，其特征在于：水平支撑台（9）和竖直支撑台（10）均开有若干定位通孔。

5.实验方法，其特征在于：包括组件拉伸压缩试验，其具体实验步骤为：

A1、将被测燃料组件（4）通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件（4）下端与底座上固定好后，再将垂向加载机构（5）从加载顶板（1）上方安装到位，被测燃料组件（4）的上端与垂向加载机构（5）的输出端连接；

B1、通过垂向加载机构（5）对被测燃料组件（4）施加拉伸载荷或压缩载荷，同时测量被测燃料组件（4）的垂向变形指数、侧向变形指数，并绘制组件拉伸变形曲线或组件压缩变形曲线，根据绘制好的组件拉力变形曲线或组件压力变形曲线计算出曲线斜率，根据曲线斜率确定被测燃料组件（4）的拉刚度或压刚度；其中，当组件发生失稳时，停止实验，失稳时的载荷为临界失稳载荷。

6.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于：还包括组件扭转试验，其具体实验步骤为：

A2、将被测燃料组件（4）通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件（4）下端与底座固定好后，再将扭转加载机构（6）安装到加载顶板上，被测燃料组件（4）的上端与扭转加载机构（6）的输出端连接；

B2、通过扭转加载机构（6）对被测燃料组件（4）施加扭转力，同时测量被测燃料组件（4）的转动角度、侧向变形指数，绘制组件扭矩转动角度曲线，根据绘制好的组件扭矩转动角度曲线计算出曲线斜率，根据曲线斜率确定被测燃料组件（4）的扭转刚度。

7.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于：还包括组件弯曲试验，组件弯曲试验分为中部受载弯曲实验和上端部受载弯曲实验， 

中部受载弯曲实验时，其具体实验步骤为：

A3、将被测燃料组件（4）通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件（4）下端与底座固定好后，再将垂向加载机构（5）从加载顶板（1）上方安装到位，被测燃料组件（4）的上端与垂向加载机构（5）的输出端连接，取水平加载机构（7）通过定位通孔安装在竖直支撑台（10）上，按照试验要求将水平加载机构（7）调整到被测燃料组件（4）的中部位置，使得水平加载机构（7）的输出端对准被测燃料组件（4）的中部位置；

B3、通过水平加载机构（7）对被测燃料组件（4）中部施加载荷，并测量被测燃料组件（4）的变形指数，绘制组件力变形曲线，由组件力变形曲线的曲线斜率确定其弯曲刚度；

上端部受载弯曲实验时，其具体实验步骤为：

A4、将被测燃料组件（4）通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，被测燃料组件（4）下端与底座（3）刚性连接，取水平加载机构（7）通过定位通孔安装在竖直支撑台（10）上，按照试验要求将水平加载机构（7）调整到被测燃料组件（4）的上端部位置，使得水平加载机构（7）的输出端对准被测燃料组件（4）的上端部位置；

B4、通过水平加载机构（7）对被测燃料组件（4）上端部施加载荷，并测量被测燃料组件（4）的变形指数，绘制组件力变形曲线，由组件力变形曲线的曲线斜率确定其弯曲刚度。

8.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于：还包括组件跌落试验，其具体实验步骤为：

A5、将冲击力传感器（52）安装在底座（3）上，将被测燃料组件（4）通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，垂向加载机构（5）安装到加载顶板，将组件释放机构（51）安装在垂向加载机构（5）的输出端，组件释放机构（51）与被测燃料组件的上端部连接，

B5、利用垂向加载机构（5）将被测燃料组件提升到预定高度，组件释放机构（51）释放被测燃料组件，被测燃料组件下跌并与冲击力传感器（52）撞击，由冲击力传感器（52）测量被测燃料组件跌落时的碰撞力。

9.根据权利要求5所述的实验方法，其特征在于：还包括撞墙反弹试验，其具体实验步骤为：

A6、将被测燃料组件（4）通过被测燃料组件安放通孔垂直吊入，再将垂向加载机构（5）从加载顶板（1）上方安装到位，被测燃料组件（4）的上端与垂向加载机构（5）的输出端连接；取水平加载机构（7）通过定位通孔安装在竖直支撑台（10）上，按照试验要求将水平加载机构（7）调整到被测燃料组件（4）的中部位置，使得水平加载机构（7）的输出端对准被测燃料组件（4）的中部位置，水平加载机构（7）的输出端通过组件释放机构（51）与被测燃料组件（4）的中部位置连接；竖直支撑台（10）上还安装有刚性支撑（54），刚性支撑（54）远离竖直支撑台（10）的一端还设置有与水平加载机构（7）位于同一高度的撞击力传感器（53），撞击力传感器（53）位于被测燃料组件（4）远离水平加载机构（7）的一侧；

B6、利用垂向加载机构（5）对被测燃料组件（4）施加正常工作时的压紧力，由水平加载机构（7）对被测燃料组件（4）施加位移量，然后组件释放机构（51）断开与被测燃料组件（4）的连接，从而释放被测燃料组件（4），使被测燃料组件（4）与刚性支撑碰撞，由撞击力传感器（53）测量被测燃料组件（4）的碰撞力。

10.根据权利要求5-9中任意一项所述的实验方法，其特征在于：被测燃料组件（4）的轴线与加载顶板（1）顶面垂直。

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