本发明专利技术涉及研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，小冲杆试验装置用于夹持核燃料包壳管的试样，包括下模、小冲杆和上模，下模设有冲孔，上模设有导向槽，试样位于上模和下模之间，上模压紧试样在下模，小冲杆穿过导向槽并相对于导向槽滑移，试样的中部位于小冲杆与冲孔之间，冲孔的位置和小冲杆的运动路径相匹配。本发明专利技术还涉及研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验方法。本发明专利技术通过设计夹持核燃料包壳管的小冲杆试验装置，从而准确计算出核燃料包壳管的等效蠕变应力和等效蠕变应变、建立蠕变本构模型，实现高效、方便地研究核燃料包壳管的轴向和周向蠕变行为，属于核燃料包壳管蠕变测试技术领域。料包壳管蠕变测试技术领域。料包壳管蠕变测试技术领域。
【技术实现步骤摘要】
研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置及方法
[0001]本专利技术涉及核燃料包壳管蠕变测试
，具体涉及研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置及方法。
技术介绍
[0002]核燃料包壳管长期在高温下工作，可能因蠕变而失效。因此，核燃料包壳管的蠕变行为在设计和安全评估中起着重要作用。研究材料的蠕变行为通常采用标准蠕变试验方法。然而，核燃料包壳管是薄壁管，其外径约为10毫米，壁厚约为0.5毫米。因此，核燃料包壳管不能制成标准蠕变试验试样。
[0003]小冲杆试验是研究材料蠕变行为的另一种方法。由于试样尺寸小，且与标准蠕变试验具有良好的关联关系，因此得到了广泛应用。但是核燃料包壳管的蠕变行为不能直接用标准小冲杆试验进行研究，因为标准小冲杆试验中需要用薄板试样，核燃料包壳管无法直接制成薄板试样。另外，核燃料包壳管具有各向异性的蠕变行为，其在周向和轴向的蠕变行为不一样，标准小冲杆试验没法测试各向异性的蠕变行为。因此，需要专利技术新的小冲杆试验方法，测试研究核燃料包壳管在轴向和周向的蠕变行为。
技术实现思路
[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，解决了标准小冲杆试验中需要用薄板试样，核燃料包壳管无法直接安装于小冲杆试验机上进行试验的问题。
[0005]本专利技术的另一个目的是：提供研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验方法，解决现有方法不能有效、方便地研究核燃料包壳管的轴向和周向蠕变行为的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，小冲杆试验装置用于夹持核燃料包壳管的试样，包括下模、小冲杆和上模，下模设有冲孔，上模设有导向槽，试样位于上模和下模之间，上模压紧试样在下模，小冲杆穿过导向槽并相对于导向槽滑移，试样的中部位于小冲杆与冲孔之间，冲孔的位置和小冲杆的运动路径相匹配。
[0008]作为一种优选，下模设有圆弧凹面，冲孔位于圆弧凹面的中心，圆弧凹面与上模压紧试样的部位相匹配。
[0009]作为一种优选，上模设有圆弧凸面，导向槽位于圆弧凸面的中心，圆弧凸面与下模接触试样的部位相匹配。
[0010]作为一种优选，小冲杆包括相连的导向柱和冲头，冲头为半圆型，冲头穿过导向槽，导向柱相对于导向槽滑移，冲头的运动路径与冲孔的位置相匹配。
[0011]作为一种优选，冲孔的横截面为矩形。
[0012]作为一种优选，导向柱的横截面为矩形，导向槽的横截面为矩形，导向柱与导向槽相配合。
[0013]作为一种优选，试样采用核燃料包壳管制备。
[0014]研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验方法，包括以下步骤：
[0015]S1、将核燃料包壳管制作成试样；
[0016]S2、将小冲杆试验装置安装于小冲杆试验机上，再将步骤S1的试样安装在小冲杆试验装置内进行试验，小冲杆试验装置为权利要求1
‑
7任意一项所述的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置；
[0017]S3、对试样进行小冲杆蠕变试验，记录试验的冲力P和小冲杆的冲头位移δ；
[0018]S4、通过步骤S3记录的冲力P计算得到等效蠕变应力σ，该等效蠕变应力σ的计算公式为
[0019][0020]其中，S为试样中心的初始横截面面积，K
SP
是常数；
[0021]S5、通过步骤S3记录的小冲杆的冲头位移δ计算得到等效蠕变应变ε，等效蠕变应变ε的计算公式为
[0022][0023]作为一种优选，步骤S1中的试样包括轴向试样和周向试样。
[0024]作为一种优选，步骤S4中，K
SP
的值对应于试样与小冲杆试验装置间的摩擦系数，小冲杆试验装置间的摩擦系数为0.2时K
SP
为0.55。
[0025]总的说来，本专利技术具有如下优点：
[0026]1、本专利技术通过设计具有圆弧凹面的下模和具有圆弧凸面的上模，再将核燃料包壳管制成弧形的试样，上模和下模相互配合对弧形试样进行夹持，解决了标准小冲杆试验中，核燃料包壳管无法直接安装于小冲杆试验机上进行试验的问题。
[0027]2、本专利技术的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置及方法能够根据公式准确计算出核燃料包壳管的等效蠕变应力；研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置及方法根据标准小冲杆蠕变试验的计算公式可求出小冲杆蠕变试验的等效蠕变应变，虽然各向异性蠕变特性会影响其计算准确度，但影响较小。
[0028]3、本专利技术通过小冲杆试验装置对核燃料包壳管进行小冲杆试验，从而测得轴向和周向蠕变行为所需要的计算参数，从而可以有效、方便地研究核燃料包壳管的轴向和周向蠕变行为。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的核燃料包壳管的示意图；
[0030]图2是本专利技术的周向试样的示意图；
[0031]图3是本专利技术的周向蠕变行为的小冲杆试验装置(四分之一)的剖视图；
[0032]图4是本专利技术的周向蠕变行为的小冲杆试验装置的下模(四分之一)的剖视图；
[0033]图5是本专利技术的轴向试样的示意图；
[0034]图6是本专利技术的轴向蠕变行为的小冲杆试验装置(四分之一)的剖视图；
[0035]图7是本专利技术的轴向蠕变行为的小冲杆试验装置的下模(四分之一)的剖视图；
[0036]图8是本专利技术的试样在小冲杆试验装置受冲力的原理示意图；
[0037]图9试验得到的在冲杆力固定为P时的试验时间
‑
位移曲线；
[0038]附图中各部件的标记：1
‑
下模；101
‑
圆弧凹面；102
‑
冲孔；2
‑
上模；201
‑
圆弧凸面；202
‑
导向槽；3
‑
小冲杆；301
‑
导向柱；302
‑
冲头；4
‑
试样；41
‑
周向试样；411
‑
周向孔；42
‑
轴向试样；421
‑
轴向孔；5
‑
夹具。
具体实施方式
[0039]下面将结合具体实施方式来对本专利技术做进一步详细的说明。
[0040]实施例一
[0041]如图2
‑
7所示，本实施例提供的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，小冲杆试验装置用于夹持核燃料包壳管的试样，包括下模1、小冲杆3和上模2，下模1的顶部设有圆弧凹面101，圆弧凹面101上设有冲孔102，冲孔102位于圆弧凹面101的中心，冲孔102向圆弧凹面101内部凹陷或贯穿，冲孔102的长度为4mm和宽度为2.8mm，上模2的底部设有圆弧凸面201，圆弧凸面201上设有导向槽202，导向槽20本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，小冲杆试验装置用于夹持核燃料包壳管的试样，其特征在于：包括下模、小冲杆和上模，下模设有冲孔，上模设有导向槽，试样位于上模和下模之间，上模压紧试样在下模，小冲杆穿过导向槽并相对于导向槽滑移，试样的中部位于小冲杆与冲孔之间，冲孔的位置和小冲杆的运动路径相匹配。2.按照权利要求1所述的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，其特征在于：下模设有圆弧凹面，冲孔位于圆弧凹面的中心，圆弧凹面与上模压紧试样的部位相匹配。3.按照权利要求1所述的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，其特征在于：上模设有圆弧凸面，导向槽位于圆弧凸面的中心，圆弧凸面与下模接触试样的部位相匹配。4.按照权利要求1所述的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，其特征在于：小冲杆包括相连的导向柱和冲头，冲头为半圆型，冲头穿过导向槽，导向柱相对于导向槽滑移，冲头的运动路径与冲孔的位置相匹配。5.按照权利要求4所述的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，其特征在于：冲孔的横截面为矩形。6.按照权利要求5所述的研究燃料包壳管轴向和周向蠕变的小冲杆试验装置，其特征在于：导向柱的横截面为矩形，导向槽的横截面为矩形，导向柱与导向槽相配合。7.按照权利要求1所述的研究燃...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖焕生，汪溶城，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：
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