CN107764639A - 保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，包括沿圆管内圈周向分布的第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘。第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘拼接后的外圈形成与圆管的内壁面配合的圆柱面结构。第一分离盘包括与第二分离盘相对的第一卡合部，第二分离盘包括与第一分离盘相对的第二卡合部。第一卡合部分别与第三分离盘、第四分离盘配合，第二卡合部分别与第三分离盘、第四分离盘配合；在第一分离盘、第二分离盘相互远离时，带动第三分离盘、第四分离盘远离圆管的中心移动。拉伸试验装置安装方便，工作时让各分离盘之间具有自紧性，在拉伸过程中极大的保持圆管曲率，确保圆管不受弯曲应力影响，保证准确性。

Description

保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置

技术领域

本发明涉及材料性能试验装置，更具体地说，涉及一种保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置。

背景技术

金属及复合陶瓷材料小尺径薄壁圆管1，如核反应堆燃料棒包壳管，需要利用分离盘等治具进行管环向拉伸试验。

圆管1的环向拉伸强度定义为圆管1的周向强度(也称为Hoop强度)。环向拉伸强度的可以通过内压法进行准确测量，但内压法所需试验装置复杂且具有一定的风险性，为操作方便起见，圆管1环向拉伸试验一般采用分离盘法进行，但分离盘法无法严格做到沿圆管1周向进行拉伸，会在一定程度上影响测量的准确性。

如图3所示，所谓分离盘法，即在圆管1试样中放入由两个半圆柱6(也称为D型块)组成的圆盘(半圆柱体)，圆盘外径与圆管1试样内径大小一致，然后沿两个半圆盘对称轴方向施加反向拉力直至圆管1试样发生破坏。

改进的分离盘拉伸装置结构可参见图4，主要由上分离盘7、下分离盘8、支撑嵌块9、连接杆等几个主要部分组成，连接杆用于将上分离盘7、下分离盘8连接至拉伸试验机的上下夹头上，通过控制拉伸试验机带动连接杆运动，进而连接杆带动上下分离盘进行圆管1的环向拉伸测试。连接杆与上分离盘7、下分离盘8的连接可以使用连接轴，也可与分离盘做成一体化，只要确保紧固连接即可。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，包括沿所述圆管内圈周向分布的第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘；

所述第一分离盘、第二分离盘相对设置，所述第三分离盘、第四分离盘相对设置，所述第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘拼接后的外圈形成与所述圆管的内壁面配合的圆柱面结构，且所述第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘分别对应所述圆管的内圈中的一段；

所述第一分离盘包括与所述第二分离盘相对的第一卡合部，所述第二分离盘包括与所述第一分离盘相对的第二卡合部；

所述第一卡合部分别与所述第三分离盘、第四分离盘配合，所述第二卡合部分别与所述第三分离盘、第四分离盘配合；在所述第一分离盘、第二分离盘相互远离时，带动所述第三分离盘、第四分离盘远离所述圆管的中心移动。

优选地，所述第一卡合部的两相对侧分别设有与所述第三分离盘、第四分离盘配合的第一导向部、第二导向部；

所述第二卡合部的两相对侧分别设有与所述第三分离盘、第四分离盘配合的第三导向部、第四导向部；所述第一导向部、第二导向部、第三导向部、第四导向部与所述圆管的中心相背；

所述第三分离盘上设有分别与对应侧的所述第一导向部、第三导向部滑动配合的第五导向部、第六导向部；

所述第四分离盘上设有分别与对应侧的所述第二导向部、第四导向部滑动配合的第七导向部、第八导向部。

优选地，所述第一导向部、第二导向部、第三导向部、第四导向部、第五导向部、第六导向部、第七导向部、第八导向部分别为导向面；

所述第一导向部、第二导向部对应的两导向面夹角不大于90度，且所述第一导向部、第二导向部对应的两导向面夹角中线经过所述圆管的中心；

所述第三导向部、第四导向部对应的两导向面夹角不大于90度，且所述第三导向部、第四导向部对应的两导向面夹角中线经过所述圆管的中心，并与所述第一导向部、第二导向部对应的两导向面夹角中线平行或重合。

优选地，所述第一卡合部、第二卡合部的断面呈等腰梯形，且底面与所述圆管的中心相对；

所述第一导向部、第二导向部对应的两导向面夹角范围为80度至90度；所述第三导向部、第四导向部对应的两导向面夹角范围为80度至90度。

优选地，所述第三分离盘还包括向所述第四分离盘伸出设置的第一支撑部；

所述第四分离盘还包括向所述第三分离盘伸出设置的第二支撑部；

所述第一卡合部与所述第二卡合部之间间隔设置，所述第一支撑部、第二支撑部位于所述第一卡合部、第二卡合部形成的间隔之间。

优选地，所述第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘相互配合的表面之间间隙配合。

优选地，所述第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘相互配合的表面上设有润滑材料。

优选地，所述第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘与所述圆管内壁面对应的表面分别设有润滑材料。

优选地，所述第一分离盘、第二分离盘对称设置，所述第三分离盘、第四分离盘对称设置。

优选地，所述第一分离盘、第二分离盘、第三分离盘、第四分离盘分别对应所述圆管的内壁面四分之一圆。

实施本发明的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，具有以下有益效果：本发明的4个分离盘配合组装在一起可以形成一个无间隙的整体，组装成的分离盘整体“外径”将小于圆环试样的内径，分离盘能够容易的安装进圆环中，安装方便，在对第一分离盘、第二分离盘拉伸径向向外移动时，第三分离盘、第四分离盘也会径向向外移动，让各分离盘之间具有自紧性，能够在圆管拉伸过程中极大的保持圆管曲率，确保圆管不受弯曲应力的影响，从而保证测量的准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中的圆管环向拉伸试验装置装入到圆管内时的结构示意图；

图2是图1中的圆管环向拉伸试验装置的各分离盘径向向外移动一段距离后结构示意图；

图3是背景技术中分离盘法采用两个半圆柱结构插入圆管测试时的结构示意图；

图4是背景技术中改进后的分离法采用上分离盘、下分离盘、支撑嵌块拼接后插入圆管测试时的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明一个优选实施例中的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置包括沿圆管1内圈周向分布的第一分离盘2、第二分离盘3、第三分离盘4、第四分离盘5。

第一分离盘2、第二分离盘3相对设置，第三分离盘4、第四分离盘5相对设置。第一分离盘2、第二分离盘3、第三分离盘4、第四分离盘5拼接后的外圈形成与圆管1的内壁面配合的圆柱面结构，且第一分离盘2、第二分离盘3、第三分离盘4、第四分离盘5分别对应圆管1的内圈中的一段。

第一分离盘2包括与第二分离盘3相对的第一卡合部21，第二分离盘3包括与第一分离盘2相对的第二卡合部31。

第一卡合部21分别与第三分离盘4、第四分离盘5配合，第二卡合部31分别与第三分离盘4、第四分离盘5配合；在第一分离盘2、第二分离盘3相互远离时，带动第三分离盘4、第四分离盘5远离圆管1的中心移动。

本发明实施例中的拉伸试验装置安装方便，在对第一分离盘2、第二分离盘3拉伸径向向外移动时，第三分离盘4、第四分离盘5也会径向向外移动，让各分离盘之间具有自紧性，能够在圆管1拉伸过程中极大的保持圆管1曲率，确保圆管1不受弯曲应力的影响，从而保证测量的准确性。

进一步地，在一些实施例中，第一卡合部21的两相对侧分别设有与第三分离盘4、第四分离盘5配合的第一导向部211、第二导向部212；第二卡合部31的两相对侧分别设有与第三分离盘4、第四分离盘5配合的第三导向部311、第四导向部312。

第一导向部211、第二导向部212、第三导向部311、第四导向部312与圆管1的中心相背，第三分离盘4上设有分别与对应侧的第一导向部211、第三导向部311滑动配合的第五导向部41、第六导向部42；第四分离盘5上设有分别与对应侧的第二导向部212、第四导向部312滑动配合的第七导向部51、第八导向部52，从而能在第一分离盘2、第二分离盘3相互远离时，带动第三分离盘4、第四分离盘5径向向外移动。

在其他实施例中，也可分别在第一卡合部21、第二卡合部31与第三分离盘4、第四分离盘5之间设置对应的滑轨等联动机构，在第一分离盘2、第二分离盘3相互远离时，带动第三分离盘4、第四分离盘5也相应的径向向外移动。

优选地，第一导向部211、第二导向部212、第三导向部311、第四导向部312、第五导向部41、第六导向部42、第七导向部51、第八导向部52分别为导向面，实现面与面的配合，降低摩擦力。在其他实施例中，两相互配合的导向部中的其中一个也可不是面结构，例如其中一个上设有若干球面等凸起结构，能不影响滑动配合即可。

为了便于第一分离盘2、第二分离盘3的受力转化到第三分离盘4、第四分离盘5上，带动第三分离盘4、第四分离盘5径向向外移动，第一导向部211、第二导向部212对应的两导向面夹角不大于90度，且第一导向部211、第二导向部212对应的两导向面夹角中线经过圆管1的中心。

同时，第三导向部311、第四导向部312对应的两导向面夹角不大于90度，且第三导向部311、第四导向部312对应的两导向面夹角中线经过圆管1的中心，并与第一导向部211、第二导向部212对应的两导向面夹角中线平行或重合，可以使第一分离盘2、第二分离盘3向两个相背的方向拉时，均可沿夹角中线方向移动。

通常，当夹角为90度，能够保证第一分离盘2、第二分离盘3移动的位移与第三分离盘4、第四分离盘5移动的位移相当，从而施加到圆管1试样上的作用力大小一致，让夹角不大于90度，可以让分解到第三分离盘4、第四分离盘5移动方向的力尽量的大且易于分离盘拉伸。

优选地，第一卡合部21、第二卡合部31的断面呈等腰梯形，且底面与圆管1的中心相对，可以保证第三分离盘4、第四分离盘5能对称的径向向外移动。

为了增加转换到第三分离盘4、第四分离盘5移动方向上的施加力，夹角可为90度是属于理想状况，实际操作中为保证分离盘沿径向向外运动的可行性，第一导向部211、第二导向部212对应的两导向面夹角范围为80度至90度；第三导向部311、第四导向部312对应的两导向面夹角范围为80度至90度。此时，第一分离盘2、第二分离盘3的位移将大于第三分离盘4、第四分离盘5的位移，但使得各个分离盘沿径向向外运动更容易进行，在圆管1变形不大的情形下，将更容易保证分离盘拉伸圆管1试样的成功。

在一些实施例中，为了便于在拼装时定位，第三分离盘4还包括向第四分离盘5伸出设置的第一支撑部43；第四分离盘5还包括向第三分离盘4伸出设置的第二支撑部53。

第一卡合部21与第二卡合部31之间间隔设置，第一支撑部43、第二支撑部53位于第一卡合部21、第二卡合部31形成的间隔之间。

第一支撑部43和第五导向部41、第六导向部42之间形成卡角，第二支撑部53与第七导向部51、第八导向部52之间形成卡角，在将第三分离盘4、第四分离盘5夹持后，可防止第一分离盘2、第二分离盘3径向向外移动，使拼装定位更加准确，在拼装完成后装入到圆管1内。在其他实施例中，第一支撑部43、第二支撑部53也可取消。

第一分离盘2、第二分离盘3、第三分离盘4、第四分离盘5相互配合的表面之间间隙配合。间隙大小可根据需求自行设定，如0.5mm，留有间隙有两个作用：第一、方便各分离盘安装进圆管1试样；第二、能够在各平行配合平面间做润滑处理，尽量减少摩擦力的影响。

在一些实施例中，第一分离盘2、第二分离盘3、第三分离盘4、第四分离盘5相互配合的表面上设有润滑材料。在分离盘拉伸过程中，第一分离盘2、第二分离盘3主要通过第一卡合部21、第二卡合部31两侧的斜坡面向第三分离盘4、第四分离盘5施加作用力，施加力除压力外还有摩擦力的作用，为减少摩擦力的作用，也需在斜坡面之间做润滑处理，各个分离盘之间的间隙为各接触面之间的润滑处理提供了便利。

第一分离盘2、第二分离盘3、第三分离盘4、第四分离盘5与圆管1内壁面对应的外圈表面设有润滑材料。各个分离盘的圆柱面与圆管1试样内表面之间存在摩擦力，该摩擦力的存在将影响测量的准确性，因此需在圆柱面和圆管1试样内表面间添加润滑剂。润滑剂可采用聚四氟乙烯，Teflon和油脂润滑等润滑材料。

优选地，第一分离盘2、第二分离盘3对称设置，第三分离盘4、第四分离盘5对称设置，能让受力更加的平衡，也让受力时各分离盘在各个方向的移动距离也相当。

第一分离盘2、第二分离盘3、第三分离盘4、第四分离盘5分别对应四分之一圆柱面，且圆柱面的外径与圆管1的内径相当，具有相同大小的圆柱面，以提供均匀的径向支撑力。

在一些实施例中，第一分离盘2包括第一主体部22，第一主体部22位于第一卡合部21远离第二分离盘3的一端；第二分离盘3包括第二主体部32，第二主体部32位于第二卡合部31远离第一卡合部21的一端；第三分离盘4包括第三主体部44，第三主体部44位于第一支撑部43远离第四分离盘5的一端；第四分离盘5包括第四主体部54，第四主体部54位于第二支撑部53远离第三分离盘4的一端。

第一主体部22、第二主体部32、第三主体部44、第四主体部54的上外侧分别设有四分之一圆柱面，在第一主体部22、第二主体部32、第三主体部44、第四主体部54拼接后，形成完整的圆柱面。考虑到相互之间的间隙，第一主体部22、第二主体部32、第三主体部44、第四主体部54的外侧圆柱面通常为略小于四分之一圆柱面。

由于各分离盘间的间隙存在，且分离盘上圆柱面的外径与圆管1内径一致，在拼接后不是一个完整的圆柱面，拼接后的整体是一个接近“圆柱面”的结构，小于圆管1的内径，因而便于安装，只有在各分离盘放入圆管1中自紧后才完全贴合圆管1内径，并在自紧时各分离盘间产生孔隙。

在拉伸的过程中，四个分离盘圆柱面之间留有间隙，如使用不做任何处理的圆管1试样，由于分离盘圆柱面之间的间隙存在，圆管1试样将在间隙位置产生弯曲应力，从而拉伸时圆管1试样将首先在分离盘圆柱面间隙位置发生破坏，造成环向拉伸试验失败。

为保证环向拉伸试验成功，需对环向拉伸试样进行制样，在圆管1的端面上设置槽口11，保证支撑分离盘圆柱面能够完全包络圆管1试样槽口11部分。由于圆管1试样槽口11的存在，环向拉伸时将在圆管1试验槽口11处首先发生断裂，此处由于第三分离盘4、第四分离盘5的存在，在圆管1试样小变形情况下(小尺径圆管1，如燃料棒包壳管外径φ9.5mm，壁厚0.57mm)，第三分离盘4、第四分离盘5能够完全支撑并分离圆管1试样，弯曲应力几乎为零，从而保证环向拉伸试验成功。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，包括沿所述圆管（1）内圈周向分布的第一分离盘（2）、第二分离盘（3）、第三分离盘（4）、第四分离盘（5）；

所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）相对设置，所述第三分离盘（4）、第四分离盘（5）相对设置，所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）、第三分离盘（4）、第四分离盘（5）拼接后的外圈形成与所述圆管（1）的内壁面配合的圆柱面结构，且所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）、第三分离盘（4）、第四分离盘（5）分别对应所述圆管（1）的内圈中的一段；

所述第一分离盘（2）包括与所述第二分离盘（3）相对的第一卡合部（21），所述第二分离盘（3）包括与所述第一分离盘（2）相对的第二卡合部（31）；

所述第一卡合部（21）分别与所述第三分离盘（4）、第四分离盘（5）配合，所述第二卡合部（31）分别与所述第三分离盘（4）、第四分离盘（5）配合；在所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）相互远离时，带动所述第三分离盘（4）、第四分离盘（5）远离所述圆管（1）的中心移动。

2.根据权利要求1所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一卡合部（21）的两相对侧分别设有与所述第三分离盘（4）、第四分离盘（5）配合的第一导向部（211）、第二导向部（212）；

所述第二卡合部（31）的两相对侧分别设有与所述第三分离盘（4）、第四分离盘（5）配合的第三导向部（311）、第四导向部（312）；所述第一导向部（211）、第二导向部（212）、第三导向部（311）、第四导向部（312）与所述圆管（1）的中心相背；

所述第三分离盘（4）上设有分别与对应侧的所述第一导向部（211）、第三导向部（311）滑动配合的第五导向部（41）、第六导向部（42）；

所述第四分离盘（5）上设有分别与对应侧的所述第二导向部（212）、第四导向部（312）滑动配合的第七导向部（51）、第八导向部（52）。

3.根据权利要求2所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一导向部（211）、第二导向部（212）、第三导向部（311）、第四导向部（312）、第五导向部（41）、第六导向部（42）、第七导向部（51）、第八导向部（52）分别为导向面；

所述第一导向部（211）、第二导向部（212）对应的两导向面夹角不大于90度，且所述第一导向部（211）、第二导向部（212）对应的两导向面夹角中线经过所述圆管（1）的中心；

所述第三导向部（311）、第四导向部（312）对应的两导向面夹角不大于90度，且所述第三导向部（311）、第四导向部（312）对应的两导向面夹角中线经过所述圆管（1）的中心，并与所述第一导向部（211）、第二导向部（212）对应的两导向面夹角中线平行或重合。

4.根据权利要求3所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一卡合部（21）、第二卡合部（31）的断面呈等腰梯形，且底面与所述圆管（1）的中心相对；

所述第一导向部（211）、第二导向部（212）对应的两导向面夹角范围为80度至90度；所述第三导向部（311）、第四导向部（312）对应的两导向面夹角范围为80度至90度。

5.根据权利要求1所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第三分离盘（4）还包括向所述第四分离盘（5）伸出设置的第一支撑部（43）；

所述第四分离盘（5）还包括向所述第三分离盘（4）伸出设置的第二支撑部（53）；

所述第一卡合部（21）与所述第二卡合部（31）之间间隔设置，所述第一支撑部（43）、第二支撑部（53）位于所述第一卡合部（21）、第二卡合部（31）形成的间隔之间。

6.根据权利要求1至5任一项所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）、第三分离盘（4）、第四分离盘（5）相互配合的表面之间间隙配合。

7.根据权利要求6所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）、第三分离盘（4）、第四分离盘（5）相互配合的表面上设有润滑材料。

8.根据权利要求1至5任一项所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）、第三分离盘（4）、第四分离盘（5）与所述圆管（1）内壁面对应的表面分别设有润滑材料。

9.根据权利要求1至5任一项所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）对称设置，所述第三分离盘（4）、第四分离盘（5）对称设置。

10.根据权利要求1至5任一项所述的保持圆管曲率的自紧式圆管环向拉伸试验装置，其特征在于，所述第一分离盘（2）、第二分离盘（3）、第三分离盘（4）、第四分离盘（5）分别对应所述圆管（1）的内壁面四分之一圆。