CN109632522B - 一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于放射性物品运输容器设计和安全评价技术领域，具体涉及一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法。包括：步骤S1，确定用于放射性物品运输的容器的不同拆装程度，确定容器打开至不同拆装程度的拆装时间；步骤S2，确定容器在不同拆装程度下、在环境温度中下降至设定温度所需的冷冻时间；步骤S3，对拆装时间和冷冻时间进行评估，确定最经济时间，最经济时间所对应的拆装程度为最优拆装程度；步骤S4，设计跌落试验；步骤S5，在容器中设置若干测温设备；步骤S6，将处于最优拆装程度下的容器在环境温度下进行冷冻，使得容器的温度降至设定温度；步骤S7，对容器进行组装，并送至力学实验场；步骤S8，连接测试设备，进行跌落试验。

Description

一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法

技术领域

本发明属于放射性物品运输容器设计和安全评价技术领域，具体涉及一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法。

背景技术

放射性物品的运输安全非要重要。在运输过程中，放射性物品运输容器(以下简称容器)是最重要的安全保障。在设计过程中，需要考虑多方面的因素。根据国家标准规定，容器使用的环境温度应满足-40℃-70℃的条件，在这样广泛的温度范围内保证容器和内容物的安全。特别是在低温下，多数材料的性能会发生变化，容易发生脆性断裂，严重影响结构的安全性能。

对各种结构材料在低温下的力学响应行为，材料学领域已有较多的研究。但是，当不同结构材料组合在一起形成容器时，其低温力学性能就已不是单纯的某种材料的性能，而会形成一套复杂的系统。随着容器结构不同，温度分布不同，在受力，特别是受冲击状态下的力学响应都会不同。对这样复杂的系统进行研究，需要特别的方法。对于这样的系统，已经不太可能从理论上得到精确的求解；利用仿真计算方法时，需要材料在不同温度下的大量性能参数与复杂的计算方法，难度和成本较高。

发明内容

本发明的目的是通过样机试验的方式，对构成放射性物品运输容器的各种结构材料在低温下的力学响应行为进行研究。样机试验是最直接的研究测试方法，将容器温度在一定条件下控制至指定水平，再进行相应的力学测试试验，取得试验参数进行分析。目前，尚未见到公开报道的相关试验方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法，其中，

步骤S1，确定用于放射性物品运输的容器的不同拆装程度，确定所述容器打开至不同拆装程度的拆装时间；

步骤S2，确定所述容器在不同拆装程度下、在环境温度中下降至设定温度所需的冷冻时间；

步骤S3，对所述拆装时间和所述冷冻时间进行评估，确定最经济时间，所述最经济时间所对应的拆装程度为最优拆装程度；

步骤S4，设计跌落试验，并将所需测试仪器调试合适；

步骤S5，在所述容器中设置若干测温设备；

步骤S6，将处于所述最优拆装程度下的所述容器在所述环境温度下进行冷冻，使得所述容器的温度降至所述设定温度；

步骤S7，对所述容器进行组装，并将组装后的所述容器运送至进行所述跌落试验的力学实验场；

步骤S8，连接测试设备，进行所述跌落试验。

进一步，在所述步骤S2中，通过仿真分析确定所述容器在不同拆装程度和设定环境温度中下降至设定温度所需的冷冻时间。

进一步，在所述步骤S4中，在所述容器的外表面设置的测温设备用于测量所述环境温度，在所述容器内部降温最慢的位置设置的测温设备用于判断所述容器是否达到所述设定温度。

进一步，在所述步骤S3中，以所述拆装程度为横轴、以时间为纵轴，绘制所述拆装时间的曲线和所述冷冻时间的曲线，两条曲线的交叉点所对应的时间就是所述最经济时间。

进一步，在所述步骤S7中，将所述容器运送至进行所述跌落试验的力学实验场之前，还包括，将组装完成后的所述容器用隔热罩进行包裹。

更进一步，在所述步骤S6中，将载具与所述容器一起在所述环境温度中冷冻至所述设定温度，所述载具用于在所述步骤S7中将冷冻和组装后的所述容器运送至所述力学实验场。

本发明的有益效果在于：

1.对各种结构材料在低温下的力学响应能够得到精确的求解。

2.实现难度低，成本低廉。

3.适用于各种材料，各种结构的容器。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述的一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法的流程图；

图2是本发明具体实施方式中所述的获得最经济时间的曲线图。

图3是本发明具体实施方式中所述的冷冻仓的示意图。一边为冷冻仓，主要部件是液氮槽，容器通过左侧仓门进入，置于U型液氮槽下方。另一边是控制室，通过监测布置在容器各位置的温度传感器测量的温度，控制液氮泵向液氮槽内注入液氮，使容器达到指定温度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。本发明可用于任何需要的低温力学测试前准备。

低温测试方法的关键是在可预测的时间内将容器各部件冷冻至指定温度，再进行力学测试。为达到此目的，本发明提供的一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法需要三大关键步骤，具体包括8个步骤(如图1所示)。

第一关键步骤，通过对容器进行结构分析与仿真计算，确定冷冻方式。不同容器具有不同结构，但通常由外容器、隔热层和内容器组成，隔热层对冷冻过程时间影响最大，是否将内容器置于隔热层内冷冻是需要判断的问题。如果将容器打开拆解后冷冻，可在更短的时间内达到需要的温度，但冷冻后的组装会更麻烦，一方面在低温下操作容器有一定危险性和复杂性，另一方面组装的过程会使容器温度升高，偏离实验温度设定温度较多，不利于实验准确性。所以，需要首先对容器结构进行分析，确定打开至不同程度的拆装时间，并对不同程度的分解状态分别进行仿真计算，确定在一定温度，如-40℃的环境温度下使容器所有部件都达到该温度所需要的时间。对不同分解状态的拆装时间和冷冻时间进行评估，确定对容器进行冷冻时的分解状态，以得到最优方案，目标是找到拆装时间较短和冷冻时间较短的平衡值。第一关键步骤包括步骤S1、S2、S3、S4、S5：

步骤S1，分析容器结构，确定拆装时间；确定用于放射性物品运输的容器的不同拆装程度(即分解状态)，确定容器打开至不同拆装程度的拆装时间；

步骤S2，通过仿真分析(对容器建立有限元模型，设定环境温度)确定容器在不同拆装程度下、在环境温度中下降至设定温度所需的冷冻时间；

步骤S3，确定冷冻方式，对拆装时间和冷冻时间进行评估，从中确定最经济时间；最经济时间所对应的拆装程度为最优拆装程度；在步骤S3中，以拆装程度为横轴、以时间为纵轴，绘制拆装时间的曲线和冷冻时间的曲线(如图2所示)，两条曲线的交叉点所对应的时间就是最经济时间；

步骤S4，设计跌落试验，并将所需测试仪器调试合适；

步骤S5，在容器中设置若干测温设备；其中，在容器的外表面设置的测温设备用于测量环境温度，在容器内部降温最慢的位置设置的测温设备用于判断容器是否达到设定温度；

第二关键步骤，冷冻容器。本发明实施例中，环境温度通过在冷冻仓中注入液氮来实现，控制向冷冻仓内注入液氮降低温度，利用布置在容器内外各部位的热电偶实时监测容器温度，并向液氮注入控制系统反馈信号，控制液氮注入速度。冷冻仓布局简图如图3所示；第二关键步骤包括步骤S6：

步骤S6，将处于最优拆装程度下的容器在环境温度下进行冷冻，使得容器的温度降至设定温度；在步骤S6中，将载具与容器一起在环境温度中冷冻至设定温度，载具用于在步骤S7中将冷冻和组装后的容器运送至力学实验场；

第三关键步骤，装配容器，进行力学试验。应根据仿真计算结果提前制定装配方案，尽可能的在冷冻前将测量仪器如应变片、加速度计及其连接线在容器相应位置布置妥当。待冷冻结束后，工作人员着防冻服和手套在冷冻仓内进行最终的必要组装。需要注意的是，通过前期设计尽量减少这一步骤的时间，一方面避免细节部件的组装，另一方面严格控制人员在冷冻仓内的时间和操作内容，以免发生冻伤。组装完成后，使用隔热罩将容器适度包裹，运送至力学试验场地。如果有可能，应尽量将运送容器的载具一同进行冷冻。运至力学试验场地后，在尽可能短的时间内进行测试。第三关键步骤包括步骤S7、S8：

步骤S7，对容器进行组装，并将组装后的容器运送至进行跌落试验的力学实验场；在步骤S7中，将容器运送至进行跌落试验的力学实验场之前，还包括，将组装完成后的容器用隔热罩进行包裹；

步骤S8，连接测试设备，进行跌落试验。

最后举例说明本发明所提供的方法的实际应用。

在容器力学测试中，跌落试验一般是最严苛的测试项目，这里以进行-40℃低温下的容器跌落试验为例，说明本发明的具体实施方式。具体流程如图1所示。

首先分析容器结构，将可能的拆装程度列表，确定不同程度的装配时间；对容器建立有限元模型，设环境温度为-60℃(或根据实际需要温度控制)，分别计算不同拆装程度下容器中最高温度由常温冷却至-40℃需要的时间。以拆装程度为横坐标，装配时间和冷冻时间为纵坐标，在同一图中绘制如图2所示的图形。

如图2所示，随着拆解程度加深，需要的装配时间变长，需要的冷冻时间减少，可取两条线的交点作为最经济时间。变可根据其他实际要求判断，确定容器冷冻时的拆装程度。

在实际冷冻前，应先设计好跌落试验(或其他力学测试)的试验方案，将需要的应力应变、加速度等测试仪器安装调试合适，跌落姿态确定并调试合理，以减少冷冻后至跌落试验的间隔时间。根据前述确定的拆装程度分解容器，在容器不同部位固定热电偶(或其他实时测温设备)，热电偶应至少有一根安装在可送达的最难冷冻位置，一根安装在容器最外壁，较接近液氮槽的位置，做为冷冻仓的环境温度。将容器送入冷冻仓中指定位置，关闭冷冻仓门。

打开温度监测设备，设定冷冻仓温度为-60℃。打开液氮泵，开始向冷冻仓注入液氮，根据冷冻仓环境温度(即容器最外层温度)控制液氮泵流量，使环境温度保持在-60℃。在容器最难冷冻位置达到-40℃时可认为整个容器达到设定的温度，关闭液氮泵。

工作人员着防冻服及防冻手套打开冷冻仓门，进入冷冻仓，尽快按照设计组装容器，并用隔热罩包裹容器。将容器快速运送至跌落试验平台，同时准备好跌落试验的其他测试设备，连接好后撤去隔热罩，立即开始试验。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (5)

1.一种测试放射性物品运输容器低温力学性能的试验方法，包括如下步骤：

步骤S1，确定用于放射性物品运输的容器的不同拆装程度，确定所述容器打开至不同拆装程度的拆装时间；

步骤S2，确定所述容器在不同拆装程度下、在环境温度中下降至设定温度所需的冷冻时间；

步骤S3，对所述拆装时间和所述冷冻时间进行评估，确定最经济时间，所述最经济时间所对应的拆装程度为最优拆装程度；以所述拆装程度为横轴、以时间为纵轴，绘制所述拆装时间的曲线和所述冷冻时间的曲线，两条曲线的交叉点所对应的时间就是所述最经济时间；

步骤S4，设计跌落试验，并将所需测试仪器调试合适；

步骤S5，在所述容器中设置若干测温设备；

步骤S6，将处于所述最优拆装程度下的所述容器在所述环境温度下进行冷冻，使得所述容器的温度降至所述设定温度；

步骤S7，对所述容器进行组装，并将组装后的所述容器运送至进行所述跌落试验的力学实验场；

步骤S8，连接测试设备，进行所述跌落试验。

2.如权利要求1所述的试验方法，其特征是：在所述步骤S2中，通过仿真分析确定所述容器在不同拆装程度和设定环境温度中下降至设定温度所需的冷冻时间。

3.如权利要求1所述的试验方法，其特征是：在所述步骤S5中，在所述容器的外表面设置的测温设备用于测量所述环境温度，在所述容器内部降温最慢的位置设置的测温设备用于判断所述容器是否达到所述设定温度。

4.如权利要求1所述的试验方法，其特征是：在所述步骤S7中，将所述容器运送至进行所述跌落试验的力学实验场之前，还包括，将组装完成后的所述容器用隔热罩进行包裹。

5.如权利要求1所述的试验方法，其特征是：在所述步骤S6中，将载具与所述容器一起在所述环境温度中冷冻至所述设定温度，所述载具用于在所述步骤S7中将冷冻和组装后的所述容器运送至所述力学实验场。

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