[发明专利]薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及核材料性能测试技术，具体是薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置及其应用方法。

背景技术

核工业领域中常用薄壁锆合金包壳管存放燃料芯块，在高燃耗或RIA事故等条件下，伴随着燃料芯块快速膨胀导致的包壳与芯块间的机械作用和摩擦力，以及气体突然释放产生的载荷，薄壁锆合金包壳管可能承受来自燃料芯块或裂变气体施加的径向载荷。为保证锆合金包壳的力学性能能够承受外加径向载荷的安全性，需要了解锆合金包壳的周向力学性能，其中，薄壁锆合金管周向拉伸强度和变形是主要的获取数据目标。

目前针对锆合金包壳管周向拉伸的试验已有较多介绍，提供环形锆合金包壳管试样管径向力的夹具方面，设计了半圆销块夹具、三块式夹具等形式的夹具，通过施加润滑剂的方式，基本上解决了薄壁管材周向力施加的问题。为研究环形锆合金包壳管试样管的变形，现今主要有两种方法，第一种是在试样管上打一定间距的点测变形，第二种是采用试验机自带夹头位移测量的方式测试样管标距段变形。上述两种方法中，第一种不能试验实时测试样管标距段的变形，第二种由于夹具与试验机拉杆等装置连接的间隙，变形测量具有较大的误差。

发明内容

本发明的目的在于解决现今对薄壁管材进行变形测量时不能实时测试、误差较大的问题，提供了一种薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，其能够对薄壁管材进行径向加载拉伸，便于实时测量薄壁管材样品的变形，并能降低测量误差。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：薄壁管材周向拉伸与变形测量一体化装置，包括上夹持件、下夹持件、上导杆、下导杆及两根芯棒，所述上夹持件包括上夹持主体，上夹持主体构成有向下开口的上芯棒定位槽，所述下夹持件包括下夹持主体，下夹持主体构成有向上开口的下芯棒定位槽，所述上夹持主体位于下夹持主体上方，上芯棒定位槽向下的开口与下芯棒定位槽向上的开口位置对应，两根芯棒分别嵌入上芯棒定位槽和下芯棒定位槽内；所述上导杆上端与上夹持主体连接，所述下导杆上端与下夹持主体连接，上导杆下端端头位于下导杆下端端头上方。在本发明应用时，两根芯棒穿过薄壁管材试样管，即将试样管套设在两根芯棒上。下导杆用于连接长度计，长度计的移动探头与上导杆顶触，长度计测得的数据为上导杆与下导杆之间的运动行程，由于上下导杆分别与上下夹持件主体直接连接，因此，上下导杆间的位移值与上下夹持件的位移值一致，通过将上夹持件与下夹持件分离，则长度计直接将上夹持件与下夹持件的运动距离测量出来，通过数学换算，即可得出圆环的周向变形值。施加作用力时两根芯棒沿试样管径向分离，试样管沿着圆周方向产生变形，试样管在整个圆周方向上受到周向拉力，由于环形试样管具有两个对称的标距段，也就是说具有两个相等的承载面积，因此每个承载面积上的力值等于芯棒分离载荷的一半；上夹持件与下夹持件分离时，试样管有两段位于分离间隙处，随着上夹持件与下夹持件分离间隙增加，试样管上的相应两段也随之等量增加，而试样管的周向变形直等于处于分离间隙处两段增加的变形值，也就是说，试样管整个周向变形值等于上夹持件与下夹持件运动距离的两倍。

所述上芯棒定位槽和下芯棒定位槽两者的纵向截面均由矩形状部分及与矩形状部分拼接的等腰梯形状部分构成，所述上芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分下方，且上芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分上宽下窄；所述下芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分位于其矩形状部分上方，且下芯棒定位槽纵向截面的等腰梯形状部分下宽上窄；所述芯棒两端均构成有坡面，两根芯棒分别与上芯棒定位槽和下芯棒定位槽通过斜面配合固定。其中，芯棒与上芯棒定位槽和下芯棒定位槽通过斜面配合固定，便于对试样管与芯棒之间的间隙进行调节。

为了便于将芯棒放置在上芯棒定位槽和下芯棒定位槽内，所述上芯棒定位槽由上夹持主体前端面内凹构成，所述下芯棒定位槽由下夹持主体前端面内凹构成。

所述上导杆和下导杆均包括纵向杆及一端与纵向杆下端连接的横向杆，所述上导杆的横向杆位于下导杆的横向杆正上方。如此，上导杆和下导杆均构成“L”状，本发明在应用时可将长度计固定在下导杆的横向杆上，长度计的移动探头与上导杆的横向杆顶触，便于对长度计进行布置。

为了便于安装长度计，所述下导杆的横向杆设有用于夹持长度计的夹持孔。