Устройство для испытания плоских облученных образцов на релаксацию напряжения при изгибе

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения облученных металлических образцов при четырехточечном изгибе. Устройство содержит неподвижное жесткое основание с несколькими парами нагружающих опор, жестко связанную с основанием крышку, несколько подвижных элементов, образующих пары нагружающих опор, имеющих возможность поступательного перемещения относительно основания и крышки и оснащенных проходящими через крышку наконечниками для связи с системой перемещения и измерения силы. Причем на основании размещены наружные опоры, а внутренние опоры - на подвижных элементах. Технический результат: увеличение надежности устройства, производительности испытания и достоверности получаемых релаксационных зависимостей. 1 ил.

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании на релаксацию напряжения облученных металлических образцов при четырехточечном изгибе.

Известно устройство для испытания плоских образцов на релаксацию напряжения при четырехточечном изгибе, включающее жесткое основание с четырьмя неподвижными нагружающими опорами и расположенный между ними образец [Kenfield Т.A., Busboom H.J. and Appleby W.K. In-reactor stress relaxation in bending of 20% cold-worked 316 stainless steel // J. Nucl. Mater., 1977. V.65. p.238-243.] Устройство предназначено для одноразового испытания изогнутого образца при нагреве и одновременном воздействии других факторов, к примеру, радиационного излучения. После испытания образец вынимают из устройства и измеряют остаточный прогиб образца, по которому определяют релаксирующее напряжение.

Недостатками устройства являются большая (10-20%) погрешность определения релаксирующего напряжения, необходимость в испытании большого количества образцов для построения одной релаксационной зависимости с заданным начальным напряжением.

Известно устройство (Патент РФ №2349894 на изобретение «Устройство для испытания плоских образцов на релаксацию напряжения при изгибе». БИ, 2009. №8) для испытания плоских образцов на релаксацию напряжения при изгибе по четырехточечной схеме нагружения, содержащее основание, подвижную крышку, по две пары опор на основании и крышке, между которыми располагают плоский образец. Основание имеет полуцилиндрические концевые элементы, крышка - концевые элементы треугольного профиля. В состав устройства входят также фиксаторы, в круглом отверстии которых выполнено локальное углубление. Устройство предназначено для испытания нагруженного образца при прижатой крышке к основанию с нагревом и одновременным воздействием других факторов, к примеру, радиационного излучения. Периодически испытание прерывается, крышка поднимается над основанием в пределах локального углубления в фиксаторе и вновь перемещается к основанию с измерением зависимости силы от величины перемещения. По точке перегиба указанной зависимости определяют релаксирующее напряжение.

Недостатками устройства являются:

- сложность эксплуатации в защитных камерах при периодических дистанционных измерениях релаксарующего напряжения облученных образцов;

- постепенное истирание фиксаторов и концевых элементов при измерительных операциях, что приводит к неполному прижатию крышки к основанию при испытании, снижению достоверности релаксационных зависимостей;

- возможность испытания только одного образца и получения одной релаксационной зависимости при заданном начальном напряжении, что ограничивает производительность испытаний.

Задачей данного технического решения является увеличение надежности устройства, производительности испытания и достоверности получаемых релаксационных зависимостей.

Вышеуказанная задача достигается тем, что устройство для испытания плоских облучаемых образцов на релаксацию напряжения при изгибе содержит основание с несколькими парами нагружающих опор, жестко связанную с основанием крышку, несколько подвижных элементов, образующих пары нагружающих опор, имеющих возможность поступательного перемещения относительно основания и крышки и оснащенных проходящими через крышку наконечниками для связи с системой перемещения и измерения силы, причем на основании размещены наружные опоры, а внутренние опоры - на подвижных элементах.

Описанное устройство позволяет определять редактирующее напряжение с погрешностью ±(1÷3)% благодаря тому, что оно рассчитывается по результатам измерения силы Р, а не по остаточному изгибу. Такая погрешность сохраняется при построении всей релаксационной зависимости из-за отсутствия в устройстве истирающихся элементов. Достоверность построения указанной зависимости увеличивается по сравнению с другими устройствами. Кроме того, одновременное испытание нескольких образцов позволяет получить в одном эксперименте серию релаксационных зависимостей для разных начальных напряжений и увеличить производительность испытаний. Конструкция устройства существенно упрощает измерительные операции, что важно при их дистанционном выполнении на облученных образцах в защитной камере

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, рассчитанное на одновременное испытание четырех образцов, где:

1 - система перемещения с шаговым двигателем;

2 - пара винт-гайка;

3 - датчик силы;

4 - нагружающая тяга;

5 - подвижные элементы с внутренними опорами и наконечником;

6 - крышка;

7 - образцы;

8 - основание с наружными опорами;

9 - стяжные болты.

Устройство работает следующим образом. Образцы разной толщины помещают между соответствующими наружными опорами в основании. Крышка крепится к основанию постепенным ввинчиванием пяти болтов. При этом подвижные элементы прижимаются к крышке изгибающимися образцами, в которых создается разное начальное напряжение. Устройство в таком виде помещают в реактор для облучения при определенной температуре. Перед испытанием и периодически между стадиями испытания устройство помещают в защитную камеру для измерения начального напряжения и релаксации напряжения в каждом образце при температуре 20°С. Для этого поочередно к наконечнику каждого подвижного элемента прикладывают продольную силу, нарастающую по мере увеличения подаваемых на шаговый двигатель импульсов. Пока прикладываемая сила меньше силового воздействия образца на две внутренние опоры, подвижный элемент не перемещается. Перемещение начинается с момента, когда указанные силы равны, после чего наклон зависимости прикладываемой силы от числа импульсов резко уменьшается из-за увеличения суммарной податливости цепочки нагружения. По значению прикладываемой силы Р в указанный момент определяют начальное и релаксирующее напряжение в образце:

$$\text{σ}=\frac{\text{3aP}}{{\text{bh}}^{\text{2}}}$$ ,

где а - расстояние между ближайшими наружной и внутренней опорами, b и h - ширина и толщина образца соответственно.

Протяженность второго участка зависимости прикладываемой силы от числа импульсов с малым наклоном не должна быть больше предельной, при которой напряжение в образце становится равным пределу текучести σ_т. По этому критерию предельное увеличение силы после снижения наклона, ΔР, определяют по формуле:

ΔP=σ_т·bh²/(3a).

После завершения измерительной операции силу, прикладываемую к подвижному элементу каждого образца, снимают и устройство готово для проведения следующей стадии испытания.

Устройство для испытания плоских образцов на релаксацию напряжения при изгибе, содержащее неподвижное жесткое основание с несколькими парами нагружающих опор, жестко связанную с основанием крышку, несколько подвижных элементов, образующих пары нагружающих опор, имеющих возможность поступательного перемещения относительно основания и крышки и оснащенных проходящими через крышку наконечниками для связи с системой перемещения и измерения силы, причем на основании размещены наружные опоры, а внутренние опоры - на подвижных элементах.