CN114674464B - 用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法 - Google Patents

用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其包括：支架；以及压力测量装置，可相对于支架上下运动，压力测量装置包括基座、与基座间隔设置的滑块，以及安装于滑块上的压力传感器和压头，基座和滑块之间设有弹簧，弹簧的两端分别固定连接基座和滑块。此外，本发明还公开了一种用于辐照松弛检测的内应力测量方法。相对于现有技术，本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法中，根据压力测量装置下降和上升过程中压头的位移、受力和弹簧的拉伸情况，可以精确计算辐照松弛样品在辐照条件和未受辐照条件下的内应力值，根据不同辐照条件的内应力值计算出对应的辐照松弛样品的辐照松弛量。

Description

用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法
技术领域
本发明属于辐照松弛特性测量领域，更具体地说，本发明涉及一种用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法。
背景技术
在核工业领域中，核安全问题影响着人们的生命财产安全、环境的可持续发展和经济的稳定运行，一直是社会关注的焦点。
结构件在服役过程中往往会在高温和辐射条件下发生蠕变，出现辐照松弛现象，辐照松弛会导致材料内应力降低和结构件失效。为了避免结构件因为辐照松弛而失效，需要掌握材料的辐照松弛特性规律并选择性能合适的材料制作结构件。因此，对结构件材料的松弛特性的测量与研究就变得格外重要。目前，关于结构件的应力、刚度等性能的研究以理论计算居多，对结构件受辐照后松弛特性的试验测量和分析很少，开展结构件受辐照后松弛特性测量工作具有重要意义。
在材料的松弛特性测量中，材料内应力的测量非常关键。内应力测量过程中需要对材料样品的受力和因此产生的形变或位移进行高精度测量，涵盖了力测量装置对材料样品施加力与此时装置推动压头移动走过的行程之间关系的测量。为了得到更精确的关系描述，期望得到在相同的施力条件下更长的行程。此过程难以全自动实现，也导致目前尚无全自动、高精度辐照松弛特性测量解决方案。
相关技术揭示了提出了一种辐照松弛特性测量方法和测量装置，测量装置内设置多个两点支撑两点下压结构，使辐照松弛样品形成梁的弯曲模型，利用梁的弯曲理论和梁的挠度计算应力，计算并比较不同辐照状态下的松弛情况。但是，相关技术的测量精度不高，空间受限，无法使用外部更精密的装置对辐照松弛样品进行测量，难以实现辐照松弛特性的高精度测量。
有鉴于此，确有必要提供一种用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法，以满足材料辐照松弛特性精密测量领域的高精度测量需求。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术中存在的缺陷，提供一种可精确测量样品辐照松弛量的内应力测量装置和方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其包括：
支架；以及
压力测量装置，可相对于所述支架上下运动，所述压力测量装置包括基座、与所述基座间隔设置的滑块，以及安装于所述滑块上的压力传感器和压头，所述基座和滑块之间设有弹簧，所述弹簧的两端分别固定连接于所述基座和滑块上。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的一个实施方式，所述支架上设有可相对于所述支架上下运动的安装板，所述压力测量装置安装于所述安装板上，并随着所述安装板相对于所述支架上下运动。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的一个实施方式，所述支架设有电机和滑轨，所述电机驱动所述安装板沿着所述滑轨上下运动。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的一个实施方式，所述安装板设有围绕所述压力测量装置的屏蔽壳体。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的一个实施方式，所述屏蔽壳体由抗辐射材料制成，且可拆卸安装于所述安装板上。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的一个实施方式，所述安装板设有竖直部和水平部，所述竖直部安装于所述支架上，所述水平部用于安装所述压力测量装置。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的一个实施方式，所述基座两侧设有导向立柱，所述滑块位于所述导向立柱之间并沿着所述导向立柱上下运动。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的一个实施方式，所述导向立柱两内侧分别设有凸出部，所述滑块对应的两外侧分别设有凹槽，所述凸出部对应安装于所述凹槽中并可在所述凹槽中上下运动。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种用于辐照松弛检测的内应力测量方法，其包括以下步骤：
1)采用本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置，获取辐照松弛样品常温、未被辐照条件下，从两点支撑四点下压状态变成两点支撑两点下压状态时的最大内应力值σ0；
2)采用本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置，获取辐照松弛样品常温、辐照条件下，从两点支撑四点下压状态变成两点支撑两点下压状态时的最大内应力值σ；以及
3)根据公式η＝|(σ-σ0)/σ0|×100％计算辐照条件下辐照松弛样品的松弛量。
根据本发明用于辐照松弛检测的内应力测量方法的一个实施方式，所述步骤1)和2)中，最大内应力值分别按公式σ＝3F(A-L)/(bh2)计算，其中，F为压力传感器测得的压力值，A为压头两下端之间的距离，L为两支撑点之间距离，b为辐照松弛样品的宽度，h为辐照松弛样品的厚度。
相对于现有技术，本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法中，根据压力测量装置下降和上升过程中压头的位移、受力和弹簧的拉伸情况，可以精确计算辐照松弛样品在辐照条件和未受辐照条件下的内应力值，根据不同辐照条件的内应力值计算出对应的辐照松弛样品的辐照松弛量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法进行详细说明。
图1是本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置的结构示意图。
图2是本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置中，压力测量装置的结构示意图。
图3是辐照松弛样品两点支撑两点下压的状态示意图。
图4是辐照松弛样品两点支撑四点下压的状态示意图。
其中，
10--支架；100--安装板；102--竖直部；104--水平部；106--滑轨；20--压力测量装置；200--基座；202--弹簧；204--滑块；206--压力传感器；208--压头；210--屏蔽壳体；212--导向立柱；h--辐照松弛样品厚度；L--辐照松弛样品支撑点之间的距离；A--压头两端之间的距离；F--压头对辐照松弛样品的压力。
具体实施方式
为了使本发明的发明目的、技术方案和技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参照图1和图2所示，本发明提供了一种用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其包括：
支架10；以及
压力测量装置20，可相对于支架10上下运动，压力测量装置20包括基座200、与基座200间隔设置的滑块204，以及安装于滑块204上的压力传感器206和压头208，基座200和滑块204之间设有弹簧202，弹簧202的两端分别固定连接于基座200和滑块204上。
在图1和2所示的实施方式中，支架10上设有可相对于支架10上下运动的安装板100，压力测量装置20安装于安装板100上，并随着安装板100相对于支架10上下运动。支架10上可以设置滑轨106，通过电机可以驱动安装板100沿着滑轨106上下运动。安装板100设有竖直部102和水平部104，竖直部102安装于支架10上且滑轨106相匹配，水平部104用于安装压力测量装置20。
压力测量装置20固定安装于安装板100的下表面上，为了减少辐照对测量过程的影响，安装板100的下表面上设有围绕压力测量装置20的屏蔽壳体210。屏蔽壳体210由抗辐射材料制成，可以通过螺栓连接等方式可拆卸安装于安装板100的下表面上。
请特别参照图2所示，基座200的两侧设有导向立柱212，滑块204位于导向立柱212之间并沿着导向立柱212上下运动。根据本发明的一个实施方式，导向立柱两内侧分别设有凸出部(未图示)，滑块204对应的两外侧分别设有凹槽(未图示)，凸出部对应安装于凹槽中并可在凹槽中上下运动。
可以理解的是，弹簧202的设置方式没有特别的限制，只要能保证弹簧202的两端分别固定连接于基座200和滑块204上，且保证在使用过程中滑块204不至于脱落即可。例如，根据本发明的一个实施方式，弹簧202的两端分别通过强力胶粘结在基座200的下表面和滑块204的上表面上，且强力胶的粘接强度足以承受滑块204、压力传感器206和压头208的重量。
请一并参照图1至图4所示，本发明还公开了一种用于辐照松弛检测的内应力测量方法，其具体步骤如下：
S1、安装板100带动压力测量装置20下降，压头208逐渐接近辐照松弛样品，此时，弹簧202吊挂滑块204的伸长量固定，在此过程中，分析压力测量装置20中的压头208的位移、受力和弹簧202的拉伸情况；
S2、安装板100带动压力测量装置20继续下降，压头208与辐照松弛样品开始发生接触，样品即将由两点支撑两点下压状态变为两点支撑四点下压状态弹簧202即将回缩，弹簧202的伸长量将变小，在此过程中，分析压头208的位移、受力和弹簧202的拉伸情况；
S3、安装板100带动压力测量装置20继续下降，当压头208对辐照松弛样品产生下压，使辐照松弛样品处于两点支撑四点下压状态时，分析压头208的位移、受力和弹簧202的拉伸情况；
S4、安装板100带动压力测量装置20继续下降，在保证辐照松弛样品的最大内应力不超过其屈服强度时停止压力测量装置20的下降，在此过程中，辐照松弛样品由两点支撑四点下压状态变为新的两点支撑两点下压状态，分析压头208的位移、受力和弹簧202的拉伸情况；
S5、安装板100带动压力测量装置20上升，恢复到步骤S1前的状态，在此过程中，分析压头208的位移、受力和弹簧202的拉伸情况；
S6、根据压头208的位移、受力和弹簧202的拉伸情况，计算辐照松弛样品的内应力变化情况，并计算出辐照松弛样品从两点支撑四点下压状态变成新的两点支撑两点下压状态时的内应力值，即可计算得出在不同辐照条件下样品的辐照松弛量。
需要强调的是，为了在测量过程中实现行程扩展，提高压头208的位移、受力测量精度的步骤包括：弹簧202对滑块204和压头208施加竖直向上的拉力FT，压头208在与辐照松弛样品进行接触时受辐照松弛样品施加竖直向上的支持力FN；压头208在竖直向下匀速直线运动的过程中，滑块204、压力传感器206和压头208三个部件构成的整体受力平衡，即所受重力G＝FT+FN；由于FT的存在，FN会随着压头208下降位移的变化而变化，压力传感器206测量的力的数值从0变化到G所需要的时间更长，控制压力测量装置20下降的电机其运动行程被扩展；行程扩展的压力测量装置20对被测量的采集频率固定，在压头208从与辐照松弛样品接触至使得辐照松弛样品从两点支撑两点下压状态变成两点支撑四点下压状态的过程中，行程扩展的压力测量装置20采集的被测量的点数足够多，保证数据处理的准确性，进而保证测量的准确性、重复性、稳定性。
计算辐照松弛样品从两点支撑两点下压状态变成两点支撑四点下压状态时最大内应力值按以下公式计算：最大内应力值σ＝3F(A-L)/(bh2)，其中，h为辐照松弛样品的厚度、b为辐照松弛样品的宽度、L为两支撑点之间距离，A为压头208两下端之间的距离，F为压力传感器206测得的力值。
图3所示为两点支撑两点下压的模型，辐照松弛样品按照待测状态放置时，受到四个接触点处给予的力的作用并处于弯曲状态，其中，位于左右两侧的称为外下压点，位于中间的两个称为内支撑点；四个作用力分别对应外下压点和内支撑点，称为外下压力和内支撑力；当压头208下降并与辐照松弛样品接触后，继续下压，辐照松弛样品变成如图4所示的两点支撑四点下压状态。压头208对辐照松弛样品的压力逐渐增大，外下压力逐渐变小；当外下压力变小为零时，辐照松弛样品与外下压点变为虚接触，此时，压头208和辐照松弛样品接触的位置可以视作新的“外下压点”，使得辐照松弛样品处于了新的两点支撑两点下压状态。
根据最大内应力可以计算辐照条件下辐照松弛样品的松弛量，其包括以下步骤：
1、采用本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置，获取辐照松弛样品常温、未被辐照条件下，从两点支撑四点下压状态变成新的两点支撑两点下压状态时的最大内应力值σ0；
2、采用本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置，获取辐照松弛样品常温、辐照条件下，从两点支撑四点下压状态变成新的两点支撑两点下压状态时的最大内应力值σ；
3、根据公式η＝|(σ-σ0)/σ0|×100％计算辐照条件下辐照松弛样品的松弛量。
结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明用于辐照松弛检测的内应力测量装置和方法中，根据压力测量装置20下降和上升过程中压头208的位移、受力和弹簧202的拉伸情况，可以精确计算辐照松弛样品在辐照条件和未受辐照条件下的内应力值，根据不同辐照条件的内应力值计算出对应的辐照松弛样品的辐照松弛量。
此外，控制压力测量装置20下降的电机的运动行程被扩展，辐照松弛样品发生“两点支撑两点下压-两点支撑四点下压-新的两点支撑两点下压”状态变化过程中，力测量系统采集的被测量的点数足够多，保证数据处理的准确性，进而保证测量的准确性、重复性、稳定性。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1. 一种用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，包括：
支架；以及
压力测量装置，可相对于所述支架上下运动，所述压力测量装置包括基座、与所述基座间隔设置的滑块，以及安装于所述滑块上的压力传感器和压头，所述基座和滑块之间设有弹簧，所述弹簧的两端分别固定连接于所述基座和滑块上，所述压力测量装置用于：
获取辐照松弛样品常温、未被辐照条件下，从两点支撑四点下压状态变成两点支撑两点下压状态时的最大内应力值σ 0；
获取辐照松弛样品常温、辐照条件下，从两点支撑四点下压状态变成两点支撑两点下压状态时的最大内应力值σ；以及
根据公式η=|(σ-σ 0)/σ 0|×100%计算辐照条件下辐照松弛样品的松弛量；
其中，最大内应力值分别按公式σ=3F(A-L)/(bh 2)计算，其中，F为压力传感器测得的压力值，A为压头两下端之间的距离，L为两支撑点之间距离，b为辐照松弛样品的宽度，h为辐照松弛样品的厚度。
2.根据权利要求1所述的用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，所述支架上设有可相对于所述支架上下运动的安装板，所述压力测量装置安装于所述安装板上，并随着所述安装板相对于所述支架上下运动。
3.根据权利要求2所述的用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，所述支架设有电机和滑轨，所述电机驱动所述安装板沿着所述滑轨上下运动。
4.根据权利要求2所述的用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，所述安装板设有围绕所述压力测量装置的屏蔽壳体。
5.根据权利要求4所述的用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，所述屏蔽壳体由抗辐射材料制成，且可拆卸安装于所述安装板上。
6.根据权利要求2所述的用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，所述安装板设有竖直部和水平部，所述竖直部安装于所述支架上，所述水平部用于安装所述压力测量装置。
7.根据权利要求1所述的用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，所述基座两侧设有导向立柱，所述滑块位于所述导向立柱之间并沿着所述导向立柱上下运动。
8.根据权利要求7所述的用于辐照松弛检测的内应力测量装置，其特征在于，所述导向立柱两内侧分别设有凸出部，所述滑块对应的两外侧分别设有凹槽，所述凸出部对应安装于所述凹槽中并可在所述凹槽中上下运动。
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