[发明专利]一种具有三维对称结构的管状径向加载试样及实验方法

说明书

本发明公开了一种具有三维对称结构的管状径向加载试样及实验方法，解决现有技术中管材应力加载不便、不同表面状态试样应力腐蚀实验对比繁琐、实验管材用量大、高压釜有效实验空间少等问题。本发明将管材试样加工成三维对称结构，然后对其进行加载；通过螺栓加载的方式改变管材直径，从而实现在管材试样表面施加不同水平的应力，研究管材样品不同应力条件下的应力腐蚀开裂行为。本发明试样的应力腐蚀实验对比方便，实验结果可信度高，并可节省材料用量、提高实验效率，尤其适用于研究受表面状态影响显著的传热管应力腐蚀开裂行为。

技术领域

本发明涉及管状径向加载试样，具体为一种具有三维对称结构的管状径向加载试样。

背景技术

蒸汽发生器是反应堆核电站一回路、二回路的边界，它将反应堆产生的热量通过一回路传递给蒸汽发生器二次侧，产生蒸汽推动汽轮机做功。同时，它又是分隔一次侧和二次侧介质的屏障，避免一回路的放射性物质进入二回路，它对于核电站的安全运行非常重要。统计资料表明：蒸汽发生器传热管因受应力腐蚀开裂而发生失效是最为严重的。

为减轻蒸汽发生器传热管的应力腐蚀开裂，主要采取两方面措施：一方面是严格控制回路中的水化学，另一方面是研发更加耐蚀的合金，且合金的不同加工工艺、热处理工艺和表面状态对应力腐蚀开裂有较大影响，但是这些改进措施的有效性都需要通过实验室中大量的应力腐蚀实验验证。模拟核电环境的高温高压应力腐蚀实验的周期较长，一般进行高温高压实验的高压釜容积只有5L左右，有效实验空间极其有限，所能放置的样品也十分有限，从而导致实验效率偏低，实验数据量偏少，实验结果说服力不足。另外，在对比相同应力条件下不同表面状态对应力腐蚀开裂影响时，不可避免要引入因测量误差而带来应力状态的偏差。因此，为了节约材料、节省实验设备资源，且能在相同应力分布状态下进行较为精确的对比研究，设计了具有三维对称结构的管状径向加载试样。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种具有三维对称结构的管状径向加载试样及实验方法，该试样能较为精确控制两个测试面的应力状态分布，能对比不同应力状态和利用对称结构研究相同应力不同表面状态的应力腐蚀开裂行为，同时节约材料和实验设备资源。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种具有三维对称结构的管状径向加载试样，包括试样本体，其特征是，所述试样本体为柱形结构，所述试样本体包括测试面和加载面，所述测试面的上下两端设置有弧形凹陷结构，所述加载面的中部设置有螺栓孔，用于穿设螺栓进行加载；所述测试面包括测试面一和测试面二，所述加载面包括加载面一和加载面二，所述测试面一和测试面二对称布置，所述加载面一和加载面二对称布置，所述测试面一、加载面一、测试面二、加载面二顺次连接。

进一步的，所述弧形凹陷结构的两端截面宽度大于其中部截面宽度，所述测试面与加载面的连接线之间相平行。

进一步的，所述试样本体的外径在10mm–30mm之间，且其外径与壁厚的比值在10-25之间。

进一步的，所述试样本体的高度与其外径之比在0.95-1.05之间；所述测试面的高度与试样本体的高度之比在0.45-0.55之间；所述测试面的宽度与试样本体的外径之比在0.23-0.28之间；所述螺栓孔的孔径与测试面的高度之比在0.5-0.6之间。

一种利用管材直径变化研究其应力腐蚀开裂行为的方法，其特征是，将管材试样加工成所述的具有三维对称结构的管状径向加载试样的结构，然后对其进行加载，通过螺栓加载的方式改变试样本体的直径，研究不同应力状态下管材的应力腐蚀开裂行为；

所述试样本体中测试面一和测试面二的应力状态分布是对称的，在试样本体的两个螺栓孔中穿入一根螺栓，并通过螺母锁定，用扳手缓慢转动螺母使试样本体发生形变，并不断用数显千分尺测量试样本体的直径变化；通过有限元模拟计算测试面上的应力和应变分布状态。