CN110967255A - 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 - Google Patents
一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110967255A CN110967255A CN201911390767.9A CN201911390767A CN110967255A CN 110967255 A CN110967255 A CN 110967255A CN 201911390767 A CN201911390767 A CN 201911390767A CN 110967255 A CN110967255 A CN 110967255A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rod
- liquid metal
- mechanical property
- temperature liquid
- shaped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 67
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 55
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 48
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 29
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 12
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000012625 in-situ measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 229910001152 Bi alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910000909 Lead-bismuth eutectic Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0001—Type of application of the stress
- G01N2203/0003—Steady
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0016—Tensile or compressive
- G01N2203/0017—Tensile
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
- G01N2203/0062—Crack or flaws
- G01N2203/0066—Propagation of crack
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0058—Kind of property studied
- G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
- G01N2203/0075—Strain-stress relations or elastic constants
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0236—Other environments
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/022—Environment of the test
- G01N2203/0244—Tests performed "in situ" or after "in situ" use
- G01N2203/0246—Special simulation of "in situ" conditions, scale models or dummies
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
- G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
- G01N2203/067—Parameter measured for estimating the property
- G01N2203/0682—Spatial dimension, e.g. length, area, angle
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明提供的一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，装置包括：薄壁不锈钢圆筒容器、U型承载框架、下拉杆、上拉杆、第一悬臂梁、第二悬臂梁、第一传递变形杆、第二传递变形杆、第一延伸杆、第二延伸杆、第一横梁、第二横梁、第一T形平台、第二T形平台、第一位移传感器及第二位移传感器。本发明通过传递变形杆将测试样的形变导出到盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器外，并通过位移传感器测量传递变形杆的上下位移，实现了直接精确原位测量测试样的标距变形或裂纹张开位移。且由于位移传感器位于盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器外，远离高温液态金属，适用于在不透明、高温和高导电的液体金属介质中测量测试样的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及力学性能测量技术领域，具体涉及一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置。
背景技术
液态金属如铅、铅铋共晶合金或钠冷却快中子反应堆是近年来重点研究的先进核反应堆技术之一。这类反应堆可以进行核燃料增殖，同时降低核废料的产生，实现核燃料闭式循环，从而大大提高铀资源利用率。其中，液态铅或者铅铋合金冷却快中子反应堆除具备以上优点外，还具有优异的本征核安全性能，从而获得了核能界的广泛关注。但是液态铅或铅铋冷却快中子反应堆面临一些重大技术挑战，其中液态铅或铅铋冷却剂与结构材料的相容性是最重要的技术障碍之一。在相容性问题中，液态金属脆化和腐蚀是影响材料结构完整性最为关键的问题之一。在载荷和液态金属的共同作用下，它能导致材料发生严重脆化失效或导致材料表面发生严重腐蚀而促进表面裂纹开裂进而影响材料的力学性能。因此，准确评价材料在液态金属环境中的力学性能是液态金属冷却快中子反应堆材料选型的重要环节。
液态金属环境中的力学性能主要通过慢应变速率拉伸、低周疲劳、蠕变、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率等测试进行评价。这些性能测试的共同点都是需要准确测量浸泡在液态金属中的试样的标距处或紧凑拉伸试样的裂纹张开位移。传统测量力学性能的装置的测量方法主要有直接观察法、应变片、引伸计和直流电压降等。直接观察法要求介质透明，这样才能通过肉眼或者光学仪器进行直接观察测量，但液态金属不透明；应变片要求试样所处的环境不能导电，且工作温度一般在100℃以下，但液态金属导电性非常好，且工作温度一般在200-600℃；引伸计原理跟应变片类似，因此也无法在导电和高温液态金属中工作；直流电压降要求介质跟试样的电阻率有明显差异才能灵敏地反映裂纹扩展前后电阻的变化，而液态金属的电阻率跟金属试样差别不大，因此无法灵敏地反映裂纹长度变化导致的电阻变化。法国里尔一大和德国卡尔斯鲁厄理工大学的科研人员在测量液态铅铋介质环境中试样的疲劳和蠕变变形时，采用测量液态铅铋容器外的拉杆处的变形，然后通过数学校正的方法获得试样标距处的变形量。这种测量远离试样标距，测量精度取决于校正精度，因而测量的准确性无法保证。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，旨在解决现有力学性能测量装置主要采用直接观察法、应变片、引伸计和直流电压降进行测量，无法在不透明、高温和高导电的液体金属介质中测量力学性能的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述装置包括：用于盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器；设置在所述薄壁不锈钢圆筒容器内的U型承载框架；固定在所述U型承载框架上的下拉杆；设置在所述下拉杆上方，用于对测试样施加外力的上拉杆；设置在所述固定薄壁不锈钢圆筒容器内，与测试样两端分别固定连接的第一悬臂梁和第二悬臂梁；分别与所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁连接的第一传递变形杆和第二传递变形杆；分别与所述第一传递变形杆和所述第二传递变形杆连接且延伸至所述薄壁不锈钢圆筒容器外的第一延伸杆和第二延伸杆；分别固定在所述第一延伸杆和所述第二延伸杆远离所述第一传递变形杆和所述第二传递变形杆一端的第一横梁和第二横梁；分别固定在所述第一横梁和所述第二横梁上的第一T形平台和第二T形平台；分别设置于所述第一T形平台和所述第二T形平台正上方的第一位移传感器和第二位移传感器。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述U型承载框架上设置有第一内螺纹孔；所述下拉杆的一端设置有第一外螺纹杆；所述下拉杆通过所述第一外螺纹杆固定在所述U型承载框架的第一内螺纹孔中。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述装置还包括：分别固定在所述下拉杆和所述上拉杆上的第一马蹄形夹具和第二马蹄形夹具；所述第一马蹄形夹具和所述第二马蹄形夹具上分别设置有第二外螺纹杆和第三外螺纹杆；所述下拉杆和所述上拉杆上分别设置有第二内螺纹孔和第三内螺纹孔；所述第一马蹄形夹具通过所述第二外螺纹杆固定在所述下拉杆的第二内螺纹孔中；所述第二马蹄形夹具通过所述第三外螺纹杆固定在所述上拉杆的第三内螺纹孔中。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述装置还包括：第一插销和第二插销；所述第一插销穿过所述测试样从所述第一马蹄形夹具的侧部露出；所述第二插销穿过所述测试样从所述第二马蹄形夹具的侧部露出。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁为半U形悬臂梁；在所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁远离所述测试样的一端分别设置有第一半球面孔和第二半球面孔。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述第一传递变形杆和所述第二传递变形杆的一端分别设置有第一球体和第二球体；所述第一球体与所述第一半球面孔接触，所述第二球体与所述第二半球面孔接触。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述第一传递变形杆靠近所述第一球体的一端左右两侧设置有第一弹簧，所述第一弹簧与所述第一悬臂梁固定连接，用于使所述第一球体与所述第一半球面孔保持接触；所述第二传递变形杆靠近所述第二球体的一端左右两侧设置有第二弹簧，所述第二弹簧与所述第二悬臂梁固定连接，用于使所述第二球体与所述第二半球面孔保持接触。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述装置还包括：固定在所述薄壁不锈钢圆筒容器上端的内焊法兰和盲板法兰；与所述盲板法兰密封连接的第一带管法兰和第二带管法兰；分别与所述第一带管法兰和所述第二带管法兰密封连接的第一直线轴承和第二直线轴承；分别与所述第一直线轴承和所述第二直线轴承连接的第一波纹管和第二波纹管。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述装置还包括：固定在所述盲板法兰上表面的第一刚性立柱和第二刚性立柱；分别固定在所述第一刚性立柱和所述第二刚性立柱上的第三直线轴承和第四直线轴承；分别固定在所述第一刚性立柱和所述第二刚性立柱远离所述盲板法兰一端的第三横梁和第四横梁；所述第三横梁和所述第四横梁上分别设置有第四内螺纹孔和第五内螺纹孔，用于固定所述第一位移传感器和所述第二位移传感器。
所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其中，所述装置还包括：环焊于所述盲板法兰中部第一孔洞中的循环水冷箱；与所述循环水冷箱连接的第三带管法兰；与所述第三带管法兰密封连接的第三波纹管。
本发明的有益效果：本发明通过传递变形杆将测试样的形变导出到盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器外，并通过位移传感器测量传递变形杆的上下位移，实现了直接精确原位测量测试样的标距变形或裂纹张开位移。且由于位移传感器位于盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器外，远离高温液态金属，适用于在不透明、高温和高导电的液体金属介质中测量测试样的力学性能。
附图说明
图1是本发明实施例1中适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1中固定在测量装置上的紧凑拉伸试样的左视图；
图3是本发明实施例1中的测量装置中半球面孔的局部放大图；
图4是本发明实施例2中适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置的结构示意图；
图5是本发明实施例2中测量装置中第一悬臂梁和第二悬臂梁固定测试样的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于现有力学性能测量装置主要采用直接观察法、应变片、引伸计和直流电压降等方法进行测量。直接观察法要求介质透明，但液态金属不透明；应变片要求试样所处的环境不能导电，且工作温度一般在100℃以下，但液态金属导电性非常好，且工作温度一般在200-600℃；引伸计原理跟应变片类似，因此也无法在导电和高温液态金属中工作；直流电压降要求介质跟试样的电阻率有明显差异才能灵敏地反映裂纹扩展前后电阻的变化，而液态金属的电阻率跟金属试样差别不大，因此无法灵敏地反映裂纹长度变化导致的电阻变化。为了解决上述问题，本发明第一实施例中提供了一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，如图1所示，所述装置适用于测量紧凑拉伸试样的裂纹张开位移。本发明的装置包括：用于盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器1；设置在所述固定薄壁不锈钢圆筒容器1内的U型承载框架2；固定在所述U型承载框架2上的下拉杆3；设置在所述下拉杆3上方，用于对测试样11施加外力的上拉杆4；设置在所述固定薄壁不锈钢圆筒容器1内，与测试样11两端分别固定连接的第一悬臂梁5和第二悬臂梁6；分别与所述第一悬臂梁5和所述第二悬臂梁6连接的第一传递变形杆7和第二传递变形杆8；分别与所述第一传递变形杆7和所述第二传递变形杆8连接且延伸至所述薄壁不锈钢圆筒容器1外的第一延伸杆9和第二延伸杆10；分别固定在所述第一延伸杆9和所述第二延伸杆10远离所述第一传递变形杆7和所述第二传递变形杆8一端的第一横梁12和第二横梁13；分别固定在所述第一横梁12和所述第二横梁13上的第一T形平台14和第二T形平台15；分别设置于所述第一T形平台14和所述第二T形平台15上方的第一位移传感器16和第二位移传感器17。具体地，当需要测量试样的断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率时，将测试样11两端固定连接在第一悬臂梁5和第二悬臂梁6之间，通过上拉杆4施加外力于测试样11上，测试样11上的裂纹在外力的作用下张开，并通过第一传递变形杆7和第二传递变形杆8传递到第一位移传感器16和第二位移传感器17上测量裂纹张开位移，再利用GB-T6398-2000标准中的公式计算裂纹长度，从而实现在高温液态金属环境中原位测量裂纹长度，进而实现测试样11的断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率等多种力学性能的测量。本发明将测试样11的形变导出到盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器1外，实现了直接精确原位测量测试样11的裂纹张开位移。且由于第一位移传感器16和第二位移传感器17位于盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器1外，远离高温液态金属，适用于在不透明、高温和高导电的液体金属介质中力学性能测量。
具体实施时，所述U型承载框架2的下端水平梁中心设置有第一内螺纹孔211；所述下拉杆3的一端设置有第一外螺纹杆311；所述下拉杆3通过所述第一外螺纹杆311固定在所述U型承载框架2的第一内螺纹孔211中。第一内螺纹孔211和第一外螺纹杆311之间通过螺帽固定，且所述螺帽稍微嵌入所述U型承载框架2的下端水平梁的上下表面，以防止下拉杆3发生侧向移动从而保持较好的同轴度。
具体实施时，所述装置还包括：分别固定在所述下拉杆3和所述上拉杆4上的第一马蹄形夹具18和第二马蹄形夹具19，所述第一马蹄形夹具18和所述第二马蹄形夹具19的结构和尺寸相同；所述第一马蹄形夹具18和所述第二马蹄形夹具19上分别设置有第二外螺纹杆181和第三外螺纹杆191；所述下拉杆3和所述上拉杆4上分别设置有第二内螺纹孔312和第三内螺纹孔411；所述第一马蹄形夹具18通过所述第二外螺纹杆181固定在所述下拉杆3的第二内螺纹孔312中；所述第二马蹄形夹具19通过所述第三外螺纹杆191固定在所述上拉杆4的第三内螺纹孔411中。
具体实施时，所述装置还包括：第一插销20和第二插销21；所述第一插销20穿过所述测试样11从所述第一马蹄形夹具18的侧部露出；所述第二插销21穿过所述测试样11从所述第二马蹄形夹具19的侧部露出。具体地，当测试样11为紧凑拉伸试样时，如图2所示，测试样11的下端和上端分别设置有第二孔洞111和第三孔洞112。当需要获取测试样11上的裂纹张开位移时，将测试样11放置于第一马蹄形夹具18和第二马蹄形夹具19之间，并通过第一插销20穿过测试样11上的第一孔洞111从所述第一马蹄形夹具18的侧部露出，以及通过第二插销21穿过测试样11上的第二孔洞112从所述第二马蹄形夹具19的侧部露出，以将测试样11固定在第一马蹄形夹具18和第二马蹄形夹具19之间。当通过上拉杆4对测试样11施加拉力时，测试样11上的裂纹上下两部分会在第一马蹄形夹具18和第二马蹄形夹具19的拉力的作用下张开，测试样11在第一马蹄形夹具18上的裂纹张开位移通过第一传递变形杆7的向下运动由第一位移传感器16测出，记为负位移；测试样11在第二马蹄形夹具19上的裂纹张开位移通过第二传递变形杆8的向上运动由第二位移传感器17测出，记为正位移，两者之差就是测试样11的裂纹张开位移。
具体实施时，所述第一悬臂梁5和所述第二悬臂梁6为半U形悬臂梁；在所述第一悬臂梁5和所述第二悬臂梁6远离所述测试样11的一端分别设置有第一半球面孔511和第二半球面孔611。具体地，本发明第一悬臂梁5和第二悬臂梁6为形状和大小相同的半U形悬臂梁，第一悬臂梁5和第二悬臂梁6的一端通过螺钉固定在测试样11上、下部分端面的对角线位置。第一悬臂梁5和第二悬臂梁6的另一端即远离测试样11的一端分别设置有第一半球面孔511和第二半球面孔611。
进一步地，所述第一传递变形杆7和所述第二传递变形杆8的一端分别设置有第一球体711和第二球体811；所述第一球体711与所述第一半球面孔511接触，所述第二球体811与所述第二半球面孔611接触；所述第一球体711、所述第二球体811、所述第一半球面孔511和所述第二半球面孔611上均涂覆耐磨防腐蚀涂层。所述第一球体711和所述第二球体811的大小相同且直径略小于所述第一半球面孔511和所述第二半球面孔611的直径，且所述第一球体711、所述第二球体811、所述第一半球面孔511和所述第二半球面孔611的中心与第一插销20和第二插销21的中心线在同一水平线上。具体地，仍然以测试样11为紧凑拉伸试样为例，在测试样11上的裂纹张开过程中，测试样11的上下两部分绕着第一插销20和第二插销21做幅度为0～20°的圆周运动，同时还做上下运动。固定在测试样11上的第一悬臂梁5和第二悬臂梁6以及其上的第一半球面孔511和第二半球面孔611也跟着做相同的运动。第一半球面孔511和第二半球面孔611可绕着第一传递变形杆7和第二传递变形杆8上的第一球体711和第二球体811进行大角度自由旋转。因此，当裂纹扩展时，裂纹张开位移可以通过第一传递变形杆7和第二传递变形杆8的上下运动传递给第一位移传感器16和第二位移传感器17进行测量。
具体实施时，由于通过上拉杆4对测试样11施加的外力是加载和卸载高速交替进行的，为了保证外力在卸载过程中第一球体711和第二球体811不与第一半球面孔511和第二半球面孔611发生脱离。如图3所示，本实施例中所述第一传递变形杆7靠近所述第一球体711的一端左右两侧设置有第一弹簧22，所述第一弹簧22与所述第一悬臂梁5固定连接，用于使所述第一球体711与所述第一半球面孔511保持接触；所述第二传递变形杆8靠近所述第二球体811的一端左右两侧设置有第二弹簧23，所述第二弹簧23与所述第二悬臂梁6固定连接，用于使所述第二球体811与所述第二半球面孔611保持接触。
具体实施时，所述装置还包括：固定在所述薄壁不锈钢圆筒容器1上端的内焊法兰24和盲板法兰25；与所述盲板法兰25密封连接的第一带管法兰26和第二带管法兰27；与所述第一带管法兰26和所述第二带管法兰27密封连接的第一直线轴承28和第二直线轴承29；与所述第一直线轴承28和所述第二直线轴承29连接的第一波纹管30和第二波纹管31。具体地，薄壁不锈钢圆筒容器1的上端与内焊法兰24的一端通过环焊连接，内焊法兰24的另一端通过铜密封环和螺栓与盲板法兰25的一端密封连接，U型承载框架2的上端左右两侧通过螺旋或焊接方式固定在盲板法兰25的下表面。盲板法兰25远离内焊法兰24的一面上设置有第四孔洞和第五孔洞，第一带管法兰26和第二带管法兰27的一端分别与第四孔洞和第五孔洞进行环焊密封连接。第一带管法兰26和第二带管法兰27的另一端通过铜密封环和螺栓分别与第一直线轴承28和第二直线轴承29密封连接。第一直线轴承28和第二直线轴承29的另一端通过铜密封环和螺栓分别与第一波纹管30和第二波纹管31密封连接。第一延伸杆9的一端固定在第一传递变形杆7上，另一端穿过第四孔洞、第一带管法兰26、第一直线轴承28和第一波纹管30后，通过焊接法兰固定连接。类似地，第二延伸杆10的一端固定在第二传递变形杆8上，另一端穿过第五孔洞、第二带管法兰27、第二直线轴承29和第二波纹管31后，通过焊接法兰固定连接。第一延伸杆9和第二延伸杆10与内焊法兰24的下表面之间还分别设置有第三弹簧41和第四弹簧42，所述第三弹簧41和所述第四弹簧42均处于压缩状态，所述第三弹簧41和所述第四弹簧42的作用与所述第一弹簧22和所述第二弹簧23的作用相同，即所述第三弹簧41用于使第一球体711与第一半球面孔511保持更好接触，所述第四弹簧42用于使第二球体811与第二半球面孔611保持更好接触。
具体实施时，所述装置还包括：固定在所述盲板法兰25上表面的第一刚性立柱32和第二刚性立柱33；分别固定在所述第一刚性立柱32和所述第二刚性立柱33上的第三直线轴承34和第四直线轴承35。第一延伸杆9和第二延伸杆10分别穿过第一波纹管30和第二波纹管31后进入第三直线轴承34和第四直线轴承35，使得第一传递变形杆7和第二传递变形杆8在第一直线轴承28、第二直线轴承29、第三直线轴承34和第四直线轴承35的限制下只能上下运动。
具体实施时，所述装置还包括：分别固定在所述第一刚性立柱32和所述第二刚性立柱33远离所述盲板法兰25一端的第三横梁36和第四横梁37；所述第三横梁36和所述第四横梁37上分别设置有第四内螺纹孔和第五内螺纹孔，所述第四内螺纹孔和第五内螺纹孔用于固定所述第一位移传感器16和所述第二位移传感器17。具体地，第一T形平台14和第二T形平台15上分别设置有第四外螺纹杆和第五外螺纹杆，第一T形平台14通过第四外螺纹杆旋入第四内螺纹孔并通过螺帽固定在第一横梁12上，第二T形平台15通过第五外螺纹杆旋入第五内螺纹孔并通过螺帽固定在第二横梁13上。第一位移传感器16和第二位移传感器17设置在所述第一T形平台12和所述第二T形平台13正上方，且第一位移传感器16和第二位移传感器17的芯杆分别与所述第一T形平台14和所述第二T形平台15的上表面接触。通过调节所述第一T形平台14和所述第二T形平台15的高度，可以调节第一位移传感器16和第二位移传感器17的芯杆插入第一位移传感器16和第二位移传感器17内部的深度来实现第一位移传感器16和第二位移传感器17的位移调零。
具体实施时，所述装置还包括：环焊于所述盲板法兰25中部第一孔洞中的循环水冷箱38；与所述循环水冷箱38连接的第三带管法兰39；与所述第三带管法兰39密封连接的第三波纹管40。具体地，上拉杆4的一端设置在固定薄壁不锈钢圆筒容器1内，另一端穿过盲板法兰25中部第一孔洞设置在固定薄壁不锈钢圆筒容器1外。盲板法兰25中部第一孔洞中环焊有循环水冷箱38，循环水冷箱38的上端焊接第三带管法兰39，第三带管法兰39的上端通过铜密封环和螺栓与第三波纹管40的下端法兰密封连接，第三波纹管40的上端法兰与上拉杆4上的法兰412通过铜密封环和螺栓密封连接。上拉杆4在循环水冷箱38的位置设置有第五直线轴承43，第五直线轴承43的下端设置有环形内槽，在环形内槽内用左右两个中心带孔的钢片卡住，并用螺栓将两个钢片固定在循环水冷箱38的下端面。两个钢片上的螺栓孔径较大，方便同轴度调节时，可以让第五直线轴承43进行适度侧向移动。第五直线轴承43的作用是防止上拉杆4发生侧向位移而失稳。循环水冷箱38用于冷却上拉杆4，防止薄壁不锈钢圆筒容器1中的高温液态金属介质的热量向上传导影响第一位移传感器16和第二位移传感器17的测量精度，同时也可冷却第一直线轴承28、第二直线轴承29以及第五直线轴承43。
在本发明的第二实施例中提供了一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，如图4所示，所述装置可以用于测量圆柱试样标距处位移，从而精确测量单轴拉伸延伸率、蠕变变形量和低周疲劳变形量等力学性能。本发明实施例2中的测量装置与实施例1中的测量装置的结构基本相同，区别是实施例2中的测量装置没有实施例1中的第一马蹄形夹具、第二马蹄形夹具、第一插销、第二插销、第一半球面孔、第二半球面孔、第一球体以及第二球体。在本发明实施例2中，测试样11直接固定在下拉杆3和上拉杆4之间。使用本发明实施例2中的测量装置进行形变测量前，如图5所示，需要首先在测试样11中间加工第一凸台111和第二凸台112，为了减小测量误差，第一凸台111和第二凸台112离测试样11中间标距段尽可能近。第一凸台111和第二凸台112分别固定在第一悬臂梁5和第二悬臂梁6上，固定方式采用螺栓固定。当通过上拉杆4向上拉或者向下压测试样11时，测试样11中间标距的变形量可以通过第一传递变形杆7和第二传递变形杆8传递至第一位移传感器16和第二位移传感器17，两者测量值之差可以近似代表测试样11的标距变形量，从而对测试样11的单轴拉伸延伸率、蠕变变形量和低周疲劳变形量等力学性能进行测量。
综上所述，本发明提供的一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，装置包括：薄壁不锈钢圆筒容器、U型承载框架、下拉杆、上拉杆、第一悬臂梁、第二悬臂梁、第一传递变形杆、第二传递变形杆、第一延伸杆、第二延伸杆、第一横梁、第二横梁、第一T形平台、第二T形平台、第一位移传感器及第二位移传感器。本发明通过传递变形杆将测试样的形变导出到盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器外，并通过位移传感器测量传递变形杆的上下位移，实现了直接精确原位测量测试样的标距变形或裂纹张开位移。且由于位移传感器位于盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器外，远离高温液态金属，适用于在不透明、高温和高导电的液体金属介质中测量测试样的力学性能。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述装置包括：用于盛放液态金属的薄壁不锈钢圆筒容器；设置在所述薄壁不锈钢圆筒容器内的U型承载框架；固定在所述U型承载框架上的下拉杆；设置在所述下拉杆上方，用于对测试样施加外力的上拉杆；设置在所述固定薄壁不锈钢圆筒容器内，与测试样两端分别固定连接的第一悬臂梁和第二悬臂梁；分别与所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁连接的第一传递变形杆和第二传递变形杆；分别与所述第一传递变形杆和所述第二传递变形杆连接且延伸至所述薄壁不锈钢圆筒容器外的第一延伸杆和第二延伸杆；分别固定在所述第一延伸杆和所述第二延伸杆远离所述第一传递变形杆和所述第二传递变形杆一端的第一横梁和第二横梁；分别固定在所述第一横梁和所述第二横梁上的第一T形平台和第二T形平台；分别设置于所述第一T形平台和所述第二T形平台正上方的第一位移传感器和第二位移传感器。
2.根据权利要求1所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述U型承载框架上设置有第一内螺纹孔；所述下拉杆的一端设置有第一外螺纹杆；所述下拉杆通过所述第一外螺纹杆固定在所述U型承载框架的第一内螺纹孔中。
3.根据权利要求2所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述装置还包括：分别固定在所述下拉杆和所述上拉杆上的第一马蹄形夹具和第二马蹄形夹具；所述第一马蹄形夹具和所述第二马蹄形夹具上分别设置有第二外螺纹杆和第三外螺纹杆；所述下拉杆和所述上拉杆上分别设置有第二内螺纹孔和第三内螺纹孔；所述第一马蹄形夹具通过所述第二外螺纹杆固定在所述下拉杆的第二内螺纹孔中；所述第二马蹄形夹具通过所述第三外螺纹杆固定在所述上拉杆的第三内螺纹孔中。
4.根据权利要求3所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述装置还包括：第一插销和第二插销；所述第一插销穿过所述测试样从所述第一马蹄形夹具的侧部露出；所述第二插销穿过所述测试样从所述第二马蹄形夹具的侧部露出。
5.根据权利要求4所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁为半U形悬臂梁；在所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁远离所述测试样的一端分别设置有第一半球面孔和第二半球面孔。
6.根据权利要求5所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述第一传递变形杆和所述第二传递变形杆的一端分别设置有第一球体和第二球体；所述第一球体与所述第一半球面孔接触，所述第二球体与所述第二半球面孔接触。
7.根据权利要求6所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述第一传递变形杆靠近所述第一球体的一端左右两侧设置有第一弹簧，所述第一弹簧与所述第一悬臂梁固定连接，用于使所述第一球体与所述第一半球面孔保持接触；所述第二传递变形杆靠近所述第二球体的一端左右两侧设置有第二弹簧，所述第二弹簧与所述第二悬臂梁固定连接，用于使所述第二球体与所述第二半球面孔保持接触。
8.根据权利要求7所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述装置还包括：固定在所述薄壁不锈钢圆筒容器上端的内焊法兰和盲板法兰；与所述盲板法兰密封连接的第一带管法兰和第二带管法兰；分别与所述第一带管法兰和所述第二带管法兰密封连接的第一直线轴承和第二直线轴承；分别与所述第一直线轴承和所述第二直线轴承连接的第一波纹管和第二波纹管。
9.根据权利要求8所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述装置还包括：固定在所述盲板法兰上表面的第一刚性立柱和第二刚性立柱；分别固定在所述第一刚性立柱和所述第二刚性立柱上的第三直线轴承和第四直线轴承；分别固定在所述第一刚性立柱和所述第二刚性立柱远离所述盲板法兰一端的第三横梁和第四横梁；所述第三横梁和所述第四横梁上分别设置有第四内螺纹孔和第五内螺纹孔，用于固定所述第一位移传感器和所述第二位移传感器。
10.根据权利要求9所述的适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置，其特征在于，所述装置还包括：环焊于所述盲板法兰中部第一孔洞中的循环水冷箱；与所述循环水冷箱连接的第三带管法兰；与所述第三带管法兰密封连接的第三波纹管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911390767.9A CN110967255B (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911390767.9A CN110967255B (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110967255A true CN110967255A (zh) | 2020-04-07 |
| CN110967255B CN110967255B (zh) | 2024-08-27 |
Family
ID=70037341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911390767.9A Active CN110967255B (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110967255B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111579386A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-25 | 西南科技大学 | 一种液态金属环境下材料蠕变性能的检测装置及样品夹具 |
| CN112525079A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-19 | 山东科技大学 | 一种测量岩石裂隙张开度的方法 |
| CN113514341A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-10-19 | 武汉工程大学 | 高温液态钠环境下的金属材料蠕变-疲劳实验方法 |
| CN118089607A (zh) * | 2024-03-07 | 2024-05-28 | 深圳大学 | 一种适用于液态金属介质中的裂纹嘴张开位移的测量装置 |
| CN118149681A (zh) * | 2024-03-07 | 2024-06-07 | 深圳大学 | 一种适用于高温液体介质中测变形的机械引伸计 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1502278A (en) * | 1975-10-21 | 1978-03-01 | Atomic Energy Authority Uk | High temperature creep testing machines |
| CN106769530A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-31 | 中广核研究院有限公司 | 适用于高温液态金属介质中的疲劳应变测量装置及系统 |
| CN211954989U (zh) * | 2019-12-30 | 2020-11-17 | 深圳大学 | 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 |
-
2019
- 2019-12-30 CN CN201911390767.9A patent/CN110967255B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1502278A (en) * | 1975-10-21 | 1978-03-01 | Atomic Energy Authority Uk | High temperature creep testing machines |
| CN106769530A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-31 | 中广核研究院有限公司 | 适用于高温液态金属介质中的疲劳应变测量装置及系统 |
| CN211954989U (zh) * | 2019-12-30 | 2020-11-17 | 深圳大学 | 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111579386A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-08-25 | 西南科技大学 | 一种液态金属环境下材料蠕变性能的检测装置及样品夹具 |
| CN112525079A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-03-19 | 山东科技大学 | 一种测量岩石裂隙张开度的方法 |
| CN113514341A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-10-19 | 武汉工程大学 | 高温液态钠环境下的金属材料蠕变-疲劳实验方法 |
| CN118089607A (zh) * | 2024-03-07 | 2024-05-28 | 深圳大学 | 一种适用于液态金属介质中的裂纹嘴张开位移的测量装置 |
| CN118149681A (zh) * | 2024-03-07 | 2024-06-07 | 深圳大学 | 一种适用于高温液体介质中测变形的机械引伸计 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110967255B (zh) | 2024-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110967255B (zh) | 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 | |
| CN107462468B (zh) | 用于关键核材料复杂服役环境下材料性能测试装置 | |
| CN106289962B (zh) | 可高低倍在线观测试样标距段形变及损伤的原位测试系统 | |
| Lee et al. | Enhanced flow boiling heat transfer on chromium coated zircaloy-4 using cold spray technique for accident tolerant fuel (ATF) materials | |
| CN211954989U (zh) | 一种适用于高温液态金属介质中的力学性能测量装置 | |
| CN112595575A (zh) | 高温熔盐腐蚀环境中多种力学性能测试的试验装置及方法 | |
| CN217212005U (zh) | 一种通过液体介质冷却来测试材料低温断裂韧性的装置 | |
| CN206114426U (zh) | 可高低倍在线观测试样标距段形变及损伤的原位测试系统 | |
| Arioka et al. | Formation of cavities prior to crack initiation and growth on cold-worked carbon steel in high-temperature water | |
| CN207215589U (zh) | 用于关键核材料复杂服役环境下材料性能测试装置 | |
| CN113514356A (zh) | 一种电站锅炉受热面管道硬度检测装置及检测方法 | |
| KR102229251B1 (ko) | 경수로 핵연료봉 장입력 측정장치 | |
| Dhahri et al. | PWR effect on crack initiation under equi-biaxial loading: Development of the experiment | |
| CN111504801A (zh) | 一种高温液相腐蚀环境中进行应力腐蚀实验的装置及方法 | |
| Okuno et al. | Creep-fatigue life property of P91 welded piping subjected to bending and torsional moments at high temperature | |
| CN206747891U (zh) | 一种海底管道试验件用焊接定位装置 | |
| Gourdin et al. | PWR Effect On Crack Initiation Under Equi-biaxial Loading | |
| CN109238889B (zh) | 微动磨损试验装置与系统 | |
| CN118089607A (zh) | 一种适用于液态金属介质中的裂纹嘴张开位移的测量装置 | |
| KR100579399B1 (ko) | 증기발생기 전열관의 시편 제작 방법 | |
| Colas et al. | Hydride behavior in zircaloy-4 during thermomechanical cycling | |
| Gourdin et al. | Fatigue crack observation under biaxial mechanical loading | |
| CN118149681B (zh) | 一种适用于高温液体介质中测变形的机械引伸计 | |
| JPH0436638A (ja) | すきま腐食モニタリング方法とその装置 | |
| Penttilä et al. | Miniature Autoclave and Double Bellows Loading Device for Material Testing in Future Reactor Concept Conditions—Case Supercritical Water |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |