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CN106226166A - 一种测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法 - Google Patents

一种测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法 Download PDF

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CN106226166A
CN106226166A CN201610554515.5A CN201610554515A CN106226166A CN 106226166 A CN106226166 A CN 106226166A CN 201610554515 A CN201610554515 A CN 201610554515A CN 106226166 A CN106226166 A CN 106226166A
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CN
China
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fatigue
antifreeze plate
fatigue test
bending
test method
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Pending
Application number
CN201610554515.5A
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English (en)
Inventor
钱浩
谢永诚
刘刚
王德斌
许艳涛
张东升
刘斌
韩超
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Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd
University of Shanghai for Science and Technology
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Publication date
Application filed by Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd, University of Shanghai for Science and Technology filed Critical Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd
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    • 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
    • G01N3/20—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady bending 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
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
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Abstract

本发明提供一种测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，其特征在于，包括如下步骤：针对控制棒驱动机构整体进行数值建模分析；针对所设计的隔磁片弯曲等效疲劳试验装置进行数值建模分析；将上述两种分析结果进行对比；基于弯曲等效疲劳试验装置进行疲劳试验，并绘制关系曲线图。本发明提供的测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，解决了控制棒驱动机构实际工作状态下隔磁片破坏过程无法直接观测与度量的问题，通过数值建模分析验证后的弯曲等效疲劳试验方法，针对隔磁片在衔铁冲击作用下的破坏机理进行分析与研究并作出隔磁片疲劳寿命预估。

Description

一种测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法
技术领域
本发明涉及核电工程领域，具体涉及一种用于测量核电站控制棒驱动机构中隔磁片的翘曲疲劳性能及其使用寿命的疲劳试验方法。
背景技术
AP1000控制棒驱动机构(CRDM)是一种电磁驱动的机械装置。在压水堆中，控制棒驱动机构的作用是在垂直方向定位控制棒组件。通过控制棒驱动机构改变或保持控制棒组件的垂直方向的高度，实现核反应堆的启停，并在反应堆正常运行中调节或维持堆芯的功率水平以及在事故工况下快速停堆。它是直接影响反应堆正常运行和安全可靠性的关键设备之一。
隔磁片作为控制棒驱动机构中的关键部件，其受到步跃冲击后的动态响应与整体机构的使用寿命直接相关。
鉴于控制棒驱动机构整体为密闭腔体，现有技术无法在其工作状态下直接检测隔磁片的受载状态以及损伤情况，需要寻求能够直观测量隔磁片在对应工况下疲劳性能以及使用寿命的试验方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法。
测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法包括如下步骤：
S1.针对控制棒驱动机构整体进行数值建模分析，得到隔磁片受到衔铁冲击作用下所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
S2.针对所设计的隔磁片弯曲等效疲劳试验装置进行数值建模分析，得到隔磁片在不同的弯曲载荷作用下所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
S3.将上述两种分析结果进行对比，验证所设计的弯曲等效疲劳试验装置是否可用于研究隔磁片的疲劳破坏机理；
S4.基于弯曲等效疲劳试验装置进行疲劳试验，并绘制关系曲线图。
优选地，所述步骤S1中，针对控制棒驱动机构整体进行适当简化后，利用数值模拟软件建立三维轴对称动态有限元分析模型，得到衔铁以0.404m/s速度冲击时隔磁片所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
优选地，所述步骤S2中，将不同材质的隔磁片制作成单向拉伸标准试验件并进行单向拉伸测试，得到的试验数据用于数值建模后的弹塑性分析过程，得到衔铁以0.404m/s速度冲击时以及不同的翘曲载荷作用下隔磁片所产生的第一主应力以及弯曲挠度值。
优选地，所述步骤S3中，根据所产生的第一主应力大小、位置以及所产生的弯曲挠度大小，来验证所设计的弯曲等效疲劳试验装置是否可用于研究隔磁片的疲劳破坏机理。
优选地，所述步骤S4中，基于弯曲等效疲劳试验装置进行疲劳试验，施加预载0.1KN并使用位移控制模式，得到不同的弯曲载荷以及所对应的隔磁片疲劳寿命，以绘制关系曲线图。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，解决了控制棒驱动机构实际工作状态下隔磁片破坏过程无法直接观测与度量的问题，通过数值建模分析验证后的弯曲等效疲劳试验方法，针对隔磁片在衔铁冲击作用下的破坏机理进行分析与研究并作出隔磁片疲劳寿命预估。
附图说明
图1是本发明一种测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法的流程示意图。
图2是针对控制棒驱动机构整体进行数值建模分析得到的隔磁片应力云图。
图3是针对所设计的隔磁片弯曲等效疲劳试验装置进行数值建模分析得到的隔磁片应力云图。
图4是实施例中针对304不锈钢材料进行弯曲数值分析得到的弯曲位移与第一主应力图。
图5是实施例中针对625不锈钢材料进行弯曲数值分析得到的弯曲位移与第一主应力图。
图6是实施例中针对304不锈钢材料进行弯曲等效疲劳试验得到的弯曲位移与疲劳寿命对数值关系图
图7是实施例中针对625不锈钢材料进行弯曲等效疲劳试验得到的弯曲位移与疲劳寿命对数值关系图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1-7所示，测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法包括如下步骤：
S1.针对控制棒驱动机构整体进行数值建模分析，得到隔磁片受到衔铁冲击作用下所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
S2.针对所设计的隔磁片弯曲等效疲劳试验装置进行数值建模分析，得到隔磁片在不同的弯曲载荷作用下所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
S3.将上述两种分析结果进行对比，验证所设计的弯曲等效疲劳试验装置是否可用于研究隔磁片的疲劳破坏机理；
S4.基于弯曲等效疲劳试验装置进行疲劳试验，并绘制关系曲线图。
所述步骤S1中，针对控制棒驱动机构整体进行适当简化后，利用数值模拟软件建立三维轴对称动态有限元分析模型，得到衔铁以0.404m/s速度冲击时隔磁片所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
所述步骤S2中，将不同材质的隔磁片制作成单向拉伸标准试验件并进行单向拉伸测试，得到的试验数据用于数值建模后的弹塑性分析过程，得到衔铁以0.404m/s速度冲击时以及不同的翘曲载荷作用下隔磁片所产生的第一主应力以及弯曲挠度值。
所述步骤S3中，根据所产生的第一主应力大小、位置以及所产生的弯曲挠度大小，来验证所设计的弯曲等效疲劳试验装置是否可用于研究隔磁片的疲劳破坏机理。
所述步骤S4中，基于弯曲等效疲劳试验装置进行疲劳试验，施加预载0.1KN并使用位移控制模式，得到不同的弯曲载荷以及所对应的隔磁片疲劳寿命，以绘制关系曲线图。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例提供的测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，解决了控制棒驱动机构实际工作状态下隔磁片破坏过程无法直接观测与度量的问题，通过数值建模分析验证后的弯曲等效疲劳试验方法，针对隔磁片在衔铁冲击作用下的破坏机理进行分析与研究并作出隔磁片疲劳寿命预估。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.针对控制棒驱动机构整体进行数值建模分析，得到隔磁片受到衔铁冲击作用下所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
S2.针对所设计的隔磁片弯曲等效疲劳试验装置进行数值建模分析，得到隔磁片在不同的弯曲载荷作用下所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
S3.将上述两种分析结果进行对比，验证所设计的弯曲等效疲劳试验装置是否可用于研究隔磁片的疲劳破坏机理；
S4.基于弯曲等效疲劳试验装置进行疲劳试验，并绘制关系曲线图。
2.根据权利要求1所述的测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S1中，针对控制棒驱动机构整体进行适当简化后，利用数值模拟软件建立三维轴对称动态有限元分析模型，得到衔铁以0.404m/s速度冲击时隔磁片所产生的第一主应力以及弯曲挠度值；
3.根据权利要求1所述的测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S2中，将不同材质的隔磁片制作成单向拉伸标准试验件并进行单向拉伸测试，得到的试验数据用于数值建模后的弹塑性分析过程，得到衔铁以0.404m/s速度冲击时以及不同的翘曲载荷作用下隔磁片所产生的第一主应力以及弯曲挠度值。
4.根据权利要求1所述的测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据所产生的第一主应力大小、位置以及所产生的弯曲挠度大小，来验证所设计的弯曲等效疲劳试验装置是否可用于研究隔磁片的疲劳破坏机理。
5.根据权利要求1所述的测量隔磁片使用寿命的疲劳试验方法，其特征在于，所述步骤S4中，基于弯曲等效疲劳试验装置进行疲劳试验，施加预载0.1KN并使用位移控制模式，得到不同的弯曲载荷以及所对应的隔磁片疲劳寿命，以绘制关系曲线图。
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曲大庄: "核电站控制棒驱动机构隔磁片应力分析", 《动力工程学报》 *

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