CN104502091A - 温度场下格架动态屈曲一体化试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，包括悬挂支架、悬挂连杆、冲击锤、可移动式温控箱和格架安装架，相互平行的两根悬挂连杆的上端通过连接轴可旋转安装于悬挂支架的顶部，其中一根悬挂连杆的上端对应的连接轴为测角轴，测角轴上安装有用于测量对应的悬挂连杆的旋转角度的测角编码器，冲击锤包括锤体和冲击头，两根悬挂连杆的下端与冲击锤的锤体可旋转连接，用于安装格架的格架安装架置于能够横向移动并实现温控的可移动式温控箱内，可移动式温控箱的箱壁上设有箱门，冲击锤的冲击头对准格架安装架。本发明所述一体化试验装置专门用于做格架动态屈曲试验，可完成热态与冷态两种工况的格架动态屈曲试验。

Description

温度场下格架动态屈曲一体化试验装置

技术领域

本发明涉及一种用于核能发电燃料组件的格架的试验装置，尤其涉及一种温度场下格架动态屈曲一体化试验装置。

背景技术

燃料组件是核能发电中的一个关键部件。格架是燃料组件的组成部分，是支撑燃料棒及导向管的一个薄壁框架结构件。

屈曲试验是用于屈曲分析即研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷的试验，屈曲分析包括：线性屈曲和非线性屈曲分析，线性屈曲分析可以考虑固定的预载荷，也可使用惯性释放；非线性屈曲分析包括几何非线性失稳分析、弹塑性失稳分析、非线性后屈曲分析。

动态屈曲试验是一种基于动态屈曲分析的试验，是一种对运动中的试件进行数据采集和分析的试验。对于格架而言，一般未做动态屈曲试验，也有少部分会做，一般采用落锤或者霍布金森杆的形式实现，但这种传统的试验装置无法同时实现低速高能量和温度环境下的动态屈曲测试，更无法完成热态与冷态两种工况的格架动态屈曲试验。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实现低速高能量和温度环境下的动态屈曲测试的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，包括悬挂支架、悬挂连杆、冲击锤、可移动式温控箱和格架安装架，相互平行的两根所述悬挂连杆的上端通过连接轴可旋转安装于所述悬挂支架的顶部，其中一根所述悬挂连杆的上端对应的连接轴为测角轴，所述测角轴上安装有用于测量对应的所述悬挂连杆的旋转角度的测角编码器，所述冲击锤包括锤体和冲击头，两根所述悬挂连杆的下端与所述冲击锤的锤体可旋转连接，用于安装格架的所述格架安装架置于能够横向移动并实现温控的所述可移动式温控箱内，所述可移动式温控箱的箱壁上设有箱门，所述冲击锤的冲击头对准所述格架安装架。

上述结构中，悬挂支架用于安装悬挂连杆；悬挂连杆用于安装冲击锤，并使冲击锤可旋转运动，以对格架实施冲击；冲击锤用于对格架实施冲击；可移动式温控箱用于为格架提供温度可调的试验环境，其可移动功能主要用于方便格架的安装和拆卸，可移动式温控箱的箱门在冲击锤冲击前关闭，以便于温控，要冲击时打开，然后快速让冲击锤冲击格架；可移动式温控箱的具体结构采用常规技术即能实现，其具体内部温控结构不在本文具体说明；格架安装架用于安装格架，并承受冲击锤的冲击力；测角编码器用于对测角轴进行旋转角度测量，从而实现对悬挂连杆和冲击锤旋转角度的测量，实现相关试验数据的采集。

为了便于对冲击锤的旋转运动进行辅助操作，所述悬挂支架的顶部设有向一侧外凸的安装柱，两根所述悬挂连杆的上端安装于所述安装柱上并在所述冲击锤的运动方向并列排列。

为了便于快速改变冲击锤的重量并全面获取冲击锤的冲击参数，所述冲击锤的锤体上套装有配重块，所述冲击锤的冲击头与锤体的前端之间安装有力传感器，所述冲击锤的锤体上还安装有加速度传感器和位移传感器，所述力传感器的信号输出端、所述加速度传感器的信号输出端和所述位移传感器的信号输出端分别与信号采集器的输入端连接。

具体地，所述可移动式温控箱安装于水平移动导轨上，所述水平移动导轨安装于温控箱安装架上，所述可移动式温控箱远离所述冲击锤的一侧设有冲击座，所述格架安装架通过水平连杆安装于所述冲击座上，所述水平连杆穿过所述可移动式温控箱的箱壁。

进一步，所述一体化试验装置还包括定位支架，所述定位支架置于所述冲击锤的下方，所述定位支架上安装有定位块，所述定位块包括支撑架、锁舌和拉杆，所述锁舌安装于所述拉杆的上端，所述拉杆的下端穿过所述支撑架，所述拉杆的下段外套装有用于使锁舌向上复位的复位弹簧，所述支撑架安装于所述定位支架上，所述冲击锤的锤体后端设有挂钩，所述冲击锤与所述定位块之间通过所述挂钩和所述锁舌实现临时定位和释放。上述定位支架为定位块提供安装基础，定位块的锁舌的斜面面向冲击锤，当冲击锤在外力作用下向远离格架安装架的方向旋转一定角度后，冲击锤上的挂钩压下锁舌并越过锁舌，然后在复位弹簧的作用下，锁舌会向上移动复位，松开冲击锤后，冲击锤上的挂钩会被锁舌挡住而实现临时定位，为冲击作好准备；确定开始冲击后，只需用手向下拉拉杆，使锁舌向下移动直到挂钩脱离锁舌的阻挡，此时冲击锤在其自重下开始旋转并穿过可移动式温控箱，对安装在格架安装架上的格架进行冲击。

为了便于调节定位块与冲击锤之间的间距，所述定位支架上设有倾斜的限位槽，所述定位块的支撑架安装于所述限位槽内并能够在所述限位槽内移动和定位。

为了防止冲击锤在冲击格架并反弹后再次冲击格架，所述定位支架上还设有防二次冲击装置，所述防二次冲击装置包括用于检测所述冲击锤的检测装置、防二次冲击支架、控制器、电磁阀和推杆，所述检测装置的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接，所述控制器的控制输出端与所述电磁阀的控制输入端连接，所述电磁阀控制所述推杆上下移动以实现对所述冲击锤的临时定位和释放，所述防二次冲击装置通过所述防二次冲击支架安装于所述定位支架上。

具体地，所述检测装置包括安装于所述冲击锤上的金属块和安装于所述防二次冲击支架上且能够与所述金属块对应接触的接触传感器，所述接触传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接。

本发明的有益效果在于：

本发明所述温度场下格架动态屈曲一体化试验装置专门用于做格架动态屈曲试验，通过该试验可以得到格架在不同冲击速度下的冲击力、动态载荷时间曲线、动态位移时间曲线等信息，通过相关分析可得到格架的动态刚度、屈服载荷、阻尼等，从而可完成热态与冷态两种工况的格架动态屈曲试验；具体优点还表现为：

(1)本试验装置实现了温度场环境和冲击过程的集成，便于应用；

(2)本试验装置采用双连杆式结构冲击锤，使冲击锤冲击过程更加平稳；

(3)本试验装置的冲击锤将锤体、冲击头、力传感器、加速度传感器、位移传感器集成一体，通过采集系统即可记录冲击的全部过程；

(4)本试验装置的冲击锤上安装有冲击锤挂钩，与定位块配合，可实现冲击锤的扬摆；

(5)本试验装置的定位块可以在一定角度内实现任意位置的挂锤和释放冲击锤的功能，使装置操作更加方便；

(6)本试验装置的防二次撞击机构可可靠的防止冲击后的冲击锤二次打击格架；

(7)本试验装置的可移动式温度箱可以沿着水平移动导轨，在一定范围内移动，方便于格架试验件的安装和拆卸；

(8)本试验装置的冲击锤可方便增减配重，以达到相同冲击速度下具有不同冲击能量的目的。

附图说明

图1是本发明所述温度场下格架动态屈曲一体化试验装置安装格架后的主视结构示意图，图中示出了可移动式温控箱内部的结构；

图2是本发明所述悬挂支架、悬挂连杆和冲击锤的结构示意图，其视角与图1相同；

图3是本发明所述定位支架、定位块和防二次冲击装置的结构示意图，其视角与图1相同；

图4是本发明所述可移动式温控箱、格架安装架及其安装装置的结构示意图，其视角与图1相同。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图4所示，本发明所述温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，包括悬挂支架3、第一悬挂连杆1、第二悬挂连杆2、冲击锤6、可移动式温控箱5、格架安装架4、定位支架8、水平移动导轨9、温控箱安装架91和冲击座7，悬挂支架3的顶部设有向一侧外凸的安装柱31，第一悬挂连杆1和第二悬挂连杆2相互平行并在冲击锤6的运动方向并列排列，第一悬挂连杆1的上端通过测角轴32可旋转安装于安装柱31上，测角轴32上安装有用于测量第一悬挂连杆1的旋转角度的测角编码器(在安装柱31上，图中未标记)，第二悬挂连杆2的上端通过连接轴33可旋转安装于安装柱31上，冲击锤6包括锤体64和冲击头66，第一悬挂连杆1和第二悬挂连杆2的下端与冲击锤6的锤体64通过销轴可旋转连接，用于安装格架41的格架安装架4置于能够横向移动并实现温控的可移动式温控箱5内，可移动式温控箱5的箱壁上设有箱门(图中未标记)，冲击锤6的冲击头66对准格架安装架4。

如图4所示，可移动式温控箱5安装于水平移动导轨9上，水平移动导轨9安装于温控箱安装架91上，可移动式温控箱5远离冲击锤6的一侧设有冲击座7，格架安装架4通过水平连杆42安装于冲击座7上，水平连杆42穿过可移动式温控箱5的箱壁，格架41在安装于格架安装架4上后处于可移动式温控箱5的中心位置。

如图2和图3所示，定位支架8置于冲击锤6的下方，定位支架8上安装有定位块，所述定位块包括支撑架81、锁舌80和拉杆83，锁舌80安装于拉杆83的上端，拉杆83的下端穿过支撑架81，拉杆83的下段外套装有用于使锁舌80向上复位的复位弹簧82，定位支架8上设有倾斜的限位槽84，支撑架81安装于限位槽84内并能够在限位槽84内移动和定位，冲击锤6的锤体64的后端设有挂钩63，冲击锤6与定位块之间通过挂钩63和锁舌80实现临时定位和释放；定位支架8上还设有防二次冲击装置，所述防二次冲击装置包括用于检测所述冲击锤的检测装置、防二次冲击支架86、控制器(图中未示)、电磁阀88和推杆87，所述检测装置包括安装于冲击锤6的锤体64上的金属块67和安装于防二次冲击支架86上且能够与金属块67对应接触的接触传感器85，接触传感器85的信号输出端与控制器的信号输入端连接，控制器的控制输出端与电磁阀88的控制输入端连接，电磁阀88控制推杆87上下移动以实现对冲击锤6的临时定位和释放，所述防二次冲击装置通过防二次冲击支架86安装于定位支架8上。

如图2所示，冲击锤6的锤体64上套装有配重块61，冲击锤6的冲击头与锤体64的前端之间安装有力传感器65，冲击锤6的锤体64上还安装有加速度传感器62和位移传感器(图中未示出)，力传感器65的信号输出端、加速度传感器62的信号输出端和位移传感器的信号输出端分别与信号采集器(信号采集器为试验设备常规部件，图中未示)的输入端连接。

结合图1-图4，本发明所述温度场下格架动态屈曲一体化试验装置的试验过程如下：

先将定位块通过其支撑架81在限位槽84内移动并定位，使其满足冲击锤6的初始临时位置所需；将冲击锤6拉至需要的位置并通过锁舌80临时定位；将可移动式温度箱5推至靠近冲击座7的位置；在格架安装架4上安装好试验对象——格架41；将可移动温度箱5沿着水平移动导轨9推离冲击座7，使格架41完全置于可移动温度箱5内，并位于可移动温度箱5的中部位置；停止移动可移动温度箱5，关上可移动式温度箱5的箱门；将可移动式温度箱5升温到预定温度；冲击时，先将可移动式温度箱5推至靠近冲击座7的位置，打开可移动式温度箱5的箱门，然后释放冲击锤6，冲击锤6右摆冲击格架41；在冲击锤6冲击格架41的过程中，安装在冲击锤6上的力传感器65、加速度传感器62和位移传感器通过信号采集器采集信息，记录冲击的整个过程；冲击锤6冲击完格架41后左摆回弹，触发防二次冲击装置，电磁阀88控制推杆87向上移动将冲击锤6限定在规定的位置上，一个冲击过程即完成。下次冲击试验时，重复上述过程，并在冲击前通过电磁阀88控制推杆87向下移动以避免推杆87阻挡冲击锤6。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：包括悬挂支架、悬挂连杆、冲击锤、可移动式温控箱和格架安装架，相互平行的两根所述悬挂连杆的上端通过连接轴可旋转安装于所述悬挂支架的顶部，其中一根所述悬挂连杆的上端对应的连接轴为测角轴，所述测角轴上安装有用于测量对应的所述悬挂连杆的旋转角度的测角编码器，所述冲击锤包括锤体和冲击头，两根所述悬挂连杆的下端与所述冲击锤的锤体可旋转连接，用于安装格架的所述格架安装架置于能够横向移动并实现温控的所述可移动式温控箱内，所述可移动式温控箱的箱壁上设有箱门，所述冲击锤的冲击头对准所述格架安装架。

2.根据权利要求1所述的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：所述悬挂支架的顶部设有向一侧外凸的安装柱，两根所述悬挂连杆的上端安装于所述安装柱上并在所述冲击锤的运动方向并列排列。

3.根据权利要求1所述的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：所述冲击锤的锤体上套装有配重块，所述冲击锤的冲击头与锤体的前端之间安装有力传感器，所述冲击锤的锤体上还安装有加速度传感器和位移传感器，所述力传感器的信号输出端、所述加速度传感器的信号输出端和所述位移传感器的信号输出端分别与信号采集器的输入端连接。

4.根据权利要求1所述的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：所述可移动式温控箱安装于水平移动导轨上，所述水平移动导轨安装于温控箱安装架上，所述可移动式温控箱远离所述冲击锤的一侧设有冲击座，所述格架安装架通过水平连杆安装于所述冲击座上，所述水平连杆穿过所述可移动式温控箱的箱壁。

5.根据权利要求1-4任何一项所述的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：所述一体化试验装置还包括定位支架，所述定位支架置于所述冲击锤的下方，所述定位支架上安装有定位块，所述定位块包括支撑架、锁舌和拉杆，所述锁舌安装于所述拉杆的上端，所述拉杆的下端穿过所述支撑架，所述拉杆的下段外套装有用于使锁舌向上复位的复位弹簧，所述支撑架安装于所述定位支架上，所述冲击锤的锤体后端设有挂钩，所述冲击锤与所述定位块之间通过所述挂钩和所述锁舌实现临时定位和释放。

6.根据权利要求5所述的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：所述定位支架上设有倾斜的限位槽，所述定位块的支撑架安装于所述限位槽内并能够在所述限位槽内移动和定位。

7.根据权利要求5所述的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：所述定位支架上还设有防二次冲击装置，所述防二次冲击装置包括用于检测所述冲击锤的检测装置、防二次冲击支架、控制器、电磁阀和推杆，所述检测装置的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接，所述控制器的控制输出端与所述电磁阀的控制输入端连接，所述电磁阀控制所述推杆上下移动以实现对所述冲击锤的临时定位和释放，所述防二次冲击装置通过所述防二次冲击支架安装于所述定位支架上。

8.根据权利要求7所述的温度场下格架动态屈曲一体化试验装置，其特征在于：所述检测装置包括安装于所述冲击锤上的金属块和安装于所述防二次冲击支架上且能够与所述金属块对应接触的接触传感器，所述接触传感器的信号输出端与所述控制器的信号输入端连接。