本發(fā)明涉及疲勞測試領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中的疲勞應(yīng)變測量裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國不斷深化核電發(fā)展戰(zhàn)略，在可預(yù)見的未來，我國核電站每年產(chǎn)生的放射性核廢料數(shù)量也將迅速增加，因而核廢料的有效處理也將是我國核電可持續(xù)發(fā)展過程中必須解決的重要科學(xué)與工程問題。

加速器驅(qū)動核嬗變技術(shù)是目前世界上公認的核廢料處理最有效的技術(shù)途徑之一。該類型反應(yīng)堆采用液態(tài)鉛鉍合金做冷卻劑。結(jié)構(gòu)材料與液態(tài)鉛鉍冷卻劑之間的相容性是反應(yīng)堆安全運行的重要前提。其中，結(jié)構(gòu)材料在鉛鉍冷卻劑介質(zhì)中的低周疲勞性能是相容性評價的重要對象。

高能質(zhì)子束能量波動和冷卻劑溫度起伏等因素均可在相關(guān)反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)件中形成周期熱應(yīng)力，并與液態(tài)鉛鉍介質(zhì)耦合造成環(huán)境促進疲勞損傷與開裂問題。特別地，液態(tài)金屬脆化是結(jié)構(gòu)材料在液態(tài)金屬冷卻劑介質(zhì)中的一種重要性能退化現(xiàn)象，可大大降低結(jié)構(gòu)材料的低周疲勞壽命。因而，液態(tài)鉛鉍冷卻劑對結(jié)構(gòu)材料低周疲勞性能的影響是液態(tài)鉛鉍冷卻反應(yīng)堆安全設(shè)計不可或缺的重要考量。

通常，低周疲勞測試采用應(yīng)變控制，因而需要精確測量試樣的變形量。但是，液態(tài)鉛鉍是一種高溫、腐蝕性、可導(dǎo)電且不透明的重金屬介質(zhì)，這些特性使傳統(tǒng)常用的應(yīng)變測量技術(shù)，比如電阻應(yīng)變片式引伸計，無法得到有效應(yīng)用。為了給鉛鉍冷卻反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料選型和安全設(shè)計，提供可靠的低周疲勞數(shù)據(jù)，開發(fā)新的應(yīng)變測量技術(shù)是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、可簡化測量過程的適用于高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中的疲勞應(yīng)變測量裝置及系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明提供一種疲勞應(yīng)變測量裝置，可適用于在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中對測試樣進行測量，所述疲勞應(yīng)變測量裝置包括分開固定連接在所述測試樣的標距之間的第一橫梁支架和第二橫梁支架，在所述第一橫梁支架上固定安裝的安裝架，固定安裝在所述安裝架上的位移傳感器，以及一端與所述位移傳感器連接、另一端與所述第二橫梁支架固定連接的延伸桿；

所述第一橫梁支架和第二橫梁支架在所述測試樣長度方向的距離與所述測試樣的標距距離基本相等。

優(yōu)選的，所述測試樣、第一橫梁支架和第二橫梁支架浸沒在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中；并且，所述位移傳感器由所述安裝架支撐位于所述高溫液態(tài)金屬介質(zhì)外。

優(yōu)選的，所述第一橫梁支架與所述測試樣之間、所述第二橫梁支架與所述測試樣之間分別設(shè)有第一固定連接結(jié)構(gòu)和第二固定連接結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述第一固定連接結(jié)構(gòu)包括在所述測試樣上設(shè)置的第一環(huán)形凸起、第一開合件、以及將所述第一開合件可開合固定于所述第一橫梁支架端部的第一鎖緊機構(gòu)；所述第一開合件與所述第一橫梁支架端部設(shè)有供所述測試樣通過的第一開孔，所述第一開孔的側(cè)壁設(shè)有與所述第一環(huán)形凸起配合的第一環(huán)形槽；

所述第二固定連接結(jié)構(gòu)包括在所述測試樣上設(shè)置的第二環(huán)形凸起、第二開合件、以及將所述第二開合件可開合固定于所述第二橫梁支架端部的第二鎖緊機構(gòu)；所述第二開合件與所述第二橫梁支架端部設(shè)有供所述測試樣通過的第二開孔，所述第二開孔的側(cè)壁設(shè)有與所述第二環(huán)形凸起配合的第二環(huán)形槽。

優(yōu)選的，所述安裝架的第一端與所述第一橫梁支架固定連接，所述位移傳感器安裝在所述安裝架的第二端；所述安裝架的第一端浸沒在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中，所述安裝架的第二端遠離所述高溫液態(tài)金屬介質(zhì)。

優(yōu)選的，所述安裝架為中空不銹鋼支撐管；所述位移傳感器插入安裝在所述支撐管的第二端；

所述第一橫梁支架與所述支撐管的第一端對應(yīng)的位置開設(shè)有穿孔；所述延伸桿自所述穿孔插入所述支撐管內(nèi)，并連接至所述位移傳感器。

優(yōu)選的，所述位移傳感器通過緊固螺釘可調(diào)固定安裝在所述支撐管中。

優(yōu)選的，所述延伸桿的另一端通過微調(diào)螺桿固定安裝在所述第二橫梁支架上。

優(yōu)選的，所述位移傳感器的外圍還設(shè)有用于降低所述位移傳感器所處環(huán)境溫度的冷卻箱。

本發(fā)明還提供一種適用于高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中的疲勞應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括測試樣、分別固定連接所述測試樣兩端的第一夾具和第二夾具、帶動所述第一夾具和第二夾具沿所述測試樣長度方向相對移動的驅(qū)動裝置、以及與所述測試樣連接的疲勞應(yīng)變測量裝置；

疲勞應(yīng)變測量裝置包括分開固定連接在所述測試樣第一橫梁支架和第二橫梁支架，在所述第一橫梁支架上固定安裝的安裝架，固定安裝在所述安裝架上的位移傳感器，以及一端與所述位移傳感器連接、另一端與所述第二橫梁支架固定連接的延伸桿；

所述第一橫梁支架和第二橫梁支架在所述測試樣長度方向的距離與所述測試樣的標距距離基本相等。

優(yōu)選的，所述測試樣、第一橫梁支架和第二橫梁支架浸沒在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中；并且，所述位移傳感器由所述安裝架支撐位于所述高溫液態(tài)金屬介質(zhì)外。

實施本發(fā)明的技術(shù)方案，通過第一橫梁支架和第二橫梁支架直接將測試樣的變形位移量傳遞至位移傳感器，進而可以直接得到測量數(shù)據(jù)，無需對測量數(shù)據(jù)進行多次繁瑣校正，測量穩(wěn)定性、精度和可靠度與材料種類、溫度和液態(tài)金屬流速等外部因素?zé)o直接依賴關(guān)系，能適應(yīng)多種復(fù)雜試驗環(huán)境的測量要求，具有測量精度高、穩(wěn)定性高的優(yōu)點。

進一步的，通過在測試樣上設(shè)置環(huán)形凸起，使得第一橫梁支架和第二橫梁支架的安裝位置的橫截面大于測試樣標距區(qū)域的橫截面，因而能保證應(yīng)變集中在標距區(qū)域使疲勞裂紋始終在標距內(nèi)萌生和擴展，有效避免了開裂位置出現(xiàn)在標距外造成的無效測試，從而大大提高測量有效性和工作效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明疲勞應(yīng)變測量裝置的一個實施例的縱向剖視示意圖。

圖2是本發(fā)明疲勞應(yīng)變測量裝置的一個實施例的橫向剖視示意圖。

圖3是本發(fā)明用于高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中的疲勞應(yīng)變測量系統(tǒng)的一個實施例的縱向剖視示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1、圖2所示，是本發(fā)明疲勞應(yīng)變測量裝置的一個實施例，可適用于在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中對測試樣11進行測量。其中，高溫液態(tài)金屬介質(zhì)可以包括，但不限于，液態(tài)鉛鉍合金、液態(tài)純鉛、液態(tài)金屬鈉及其他液態(tài)金屬等；測試樣11可以為核電中使用的各種結(jié)構(gòu)材料，如T91鋼、316L鋼或其他材質(zhì)。

在本實施例中，該疲勞應(yīng)變測量裝置包括第一橫梁支架12和第二橫梁支架13、安裝架14、位移傳感器15、延伸桿16等，利用第一橫梁支架12和第二橫梁支架13將測試樣11的變形位移量傳遞至位移傳感器15，進而可以直接得到測量數(shù)據(jù)，無需對測量數(shù)據(jù)進行多次繁瑣校正，測量穩(wěn)定性、精度和可靠度與材料種類、溫度和液態(tài)金屬流速等外部因素?zé)o直接依賴關(guān)系，能適應(yīng)多種復(fù)雜試驗環(huán)境的測量要求。將測試樣11、第一橫梁支架12和第二橫梁支架13浸沒在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中；并且，位移傳感器15由安裝架14支撐位于高溫液態(tài)金屬介質(zhì)外。

該位移傳感器15可以為現(xiàn)有的各種位移傳感器15，如直線位移傳感器15、角度位移傳感器15等。延伸桿16可以與位移傳感器15的磁感鐵芯連接，通過延伸桿16將位移量傳遞到位移傳感器15進行測量。

該第一橫梁支架12和第二橫梁支架13分開固定連接在測試樣11的標距之間，以將測試樣11的變形位移量向外傳遞。其中，第一橫梁支架12、第二橫梁支架13可以采用不銹鋼橫梁支架，當然，也可以根據(jù)需要選用其他材質(zhì)做成。第一橫梁支架12和第二橫梁支架13在測試樣11長度方向的距離與測試樣11的標距距離基本相等，從而可以確保測試樣11的標距之間的變形位移量準確的向外傳遞。

在一些實施例中，第一橫梁支架12與測試樣11之間、第二橫梁支架13與測試樣11之間分別設(shè)有第一固定連接結(jié)構(gòu)和第二固定連接結(jié)構(gòu)，以便于第一橫梁支架12和第二橫梁支架13方便、穩(wěn)定的連接在測試樣11上。

其中，該第一固定連接結(jié)構(gòu)包括在測試樣11上設(shè)置的第一環(huán)形凸起111、第一開合件121、以及將第一開合件121可開合固定于第一橫梁支架12端部的第一鎖緊機構(gòu)。第一開合件121與第一橫梁支架12端部設(shè)有供測試樣11通過的第一開孔，第一開孔的側(cè)壁設(shè)有與第一環(huán)形凸起111配合的第一環(huán)形槽122，通過第一環(huán)形凸起111和第一環(huán)形槽122的配合，從而可以保證第一橫梁支架12與測試樣11之間不會產(chǎn)生位移，提高了測試的準確度。

如圖所示，該第一鎖緊機構(gòu)包括連接在第一開合件121和第一橫梁支架12之間的第一鉸鏈123、以及與第一鉸鏈123相對應(yīng)設(shè)置的第一緊固件124。在使用時，可以繞第一鉸鏈123轉(zhuǎn)動第一開合件121，打開第一開合件121；然后，將第一環(huán)形槽122對準第一環(huán)形凸起111；再轉(zhuǎn)動第一開合件121，使得第一開合件121環(huán)繞在測試樣11的外圍；然后，再鎖緊第一緊固件124，從而將第一橫梁支架12固定連接在測試樣11上。當然，第一鎖緊機構(gòu)還可以采用其他結(jié)構(gòu)形式，例如，第一開合件121和第一橫梁支架12為分體式，第一鎖緊機構(gòu)為螺釘、螺栓等緊固件，通過緊固件直接鎖緊第一開合件121和第一橫梁支架12。

第二固定連接結(jié)構(gòu)包括在測試樣11上設(shè)置的第二環(huán)形凸起112、第二開合件131、以及將第二開合件131可開合固定于第二橫梁支架13端部的第二鎖緊機構(gòu)；第二開合件131與第二橫梁支架13端部設(shè)有供測試樣11通過的第二開孔，第二開孔的側(cè)壁設(shè)有與第二環(huán)形凸起112配合的第二環(huán)形槽132，通過第二環(huán)形凸起112和第二環(huán)形槽132的配合，從而可以保證第二橫梁支架13與測試樣11之間不會產(chǎn)生位移，提高了測試的準確度。

該第二鎖緊機構(gòu)可以采用與第一鎖緊機構(gòu)相似的機構(gòu)，包括連接在第二開合件131和第二橫梁支架13之間的第二鉸鏈133、以及與第二鉸鏈133相對應(yīng)設(shè)置的第二緊固件134。在使用時，可以繞第二鉸鏈133轉(zhuǎn)動第二開合件131，打開第二開合件131；然后，將第二環(huán)形槽132對準第二環(huán)形凸起112；再轉(zhuǎn)動第二開合件131，使得第二開合件131環(huán)繞在測試樣11的外圍；然后，再鎖緊第二緊固件134，從而將第二橫梁支架13固定連接在測試樣11上。當然，第二鎖緊機構(gòu)還可以采用其他結(jié)構(gòu)形式，例如，第二開合件131和第二橫梁支架13為分體式，第二鎖緊機構(gòu)為螺釘、螺栓等緊固件，通過緊固件直接鎖緊第二開合件131和第二橫梁支架13。

可以理解的，該第一橫梁支架12、第二橫梁支架13的形狀、尺寸等，可以根據(jù)實際需要進行設(shè)計、調(diào)整，只要能夠?qū)y試樣11的變形位移量準確向外傳遞即可。

本實施例中，通過在測試樣11上設(shè)置第一環(huán)形凸起111和第二環(huán)形凸起112，來界定標距，而且由于環(huán)形凸起的設(shè)置，使得在第一環(huán)形凸起111和第二環(huán)形凸起112之間的標距區(qū)域的橫截面直徑比其他位置小，從而確保疲勞裂紋始終在標距內(nèi)萌生和擴展。

該第一橫梁支架12的另一端固定設(shè)置有安裝架14，用于支撐位移傳感器15，并使得位移傳感器15可以遠離第一橫梁支架12。該安裝架14的第一端與第一橫梁支架12固定連接，位移傳感器15安裝在安裝架14的第二端；安裝架14的第一端浸沒在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中，安裝架14的第二端遠離高溫液態(tài)金屬介質(zhì)。

在本實施例中，該安裝架14為中空不銹鋼支撐管；位移傳感器15插入安裝在支撐管的第二端，并通過緊固螺釘19可調(diào)固定安裝在支撐管中?？梢运砷_緊固螺釘19來調(diào)節(jié)位移傳感器15在安裝架14的位置，進而適應(yīng)不同的測試環(huán)境。

對應(yīng)的，第一橫梁支架12與支撐管的第一端對應(yīng)的位置開設(shè)有穿孔125；延伸桿16自穿孔125插入支撐管內(nèi)，并連接至位移傳感器15，從而可以將第二橫梁支架13的位移通過延伸桿16傳遞到位移傳感器15，可以監(jiān)測到第一橫梁支架12和第二橫梁支架13之間的變形位移量，進而確定測試樣11的標距間的變形位移量。

可以理解的，安裝架14的結(jié)構(gòu)還可以采用其他結(jié)構(gòu)形式，例如，該安裝架14為板狀支架或其他形式支架，位移傳感器15安裝在安裝架14遠離第一橫梁支架12的一端表面；當然，安裝架14也可以為其他形式，只要能夠提供支撐位移傳感器15并遠離第一橫梁支架12即可。

進一步的，該延伸桿16的另一端通過微調(diào)螺桿17固定安裝在第二橫梁支架13上，從而可以通過上下緩慢旋動來調(diào)節(jié)位移傳感器15內(nèi)的磁感鐵芯的位置，從而更加精確地尋找精度最佳的工作位置。在周期載荷加載下，標距內(nèi)的應(yīng)變值（變形位移量）可直接由位移傳感器15反映出來，無需后續(xù)繁瑣數(shù)據(jù)校正。

在一些實施例中，位移傳感器15的外圍還設(shè)有用于降低位移傳感器15所處環(huán)境溫度的冷卻箱18，可以通過冷卻箱18來控制位移傳感器15所處的溫度，從而保證其工作精確度。如圖所示，該冷卻箱18可以為水冷箱，包括圍成容置空間的冷卻管路。位移傳感器15可以放置于容置空間內(nèi)，而冷卻劑可以在冷卻管路中流過，從而保證容置空間內(nèi)的溫度保持在位移傳感器15的正常工作溫度內(nèi)。

進一步的，在冷卻管路上設(shè)有供安裝架14穿過的讓位孔181，從而方便位移傳感器15可以插入到容置空間內(nèi)。當然，冷卻箱18的具體結(jié)構(gòu)形式也可以根據(jù)需要進行選擇。

如圖3所示，是本發(fā)明適用于高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中的疲勞應(yīng)變測量系統(tǒng)的一個實施例，包括測試樣11、分別固定連接測試樣11兩端的第一夾具21和第二夾具22、帶動第一夾具21和第二夾具22沿測試樣11長度方向相對移動的驅(qū)動裝置（圖未示）、以及與測試樣11連接的疲勞應(yīng)變測量裝置。可以理解的，該疲勞應(yīng)變測量裝置可以采用上述任意實施例的疲勞應(yīng)變測量裝置，在此不做贅述。

如圖所示，測試樣11的兩端分別由第一夾具21和第二夾具22夾持，利用驅(qū)動裝置來帶動該第一夾具21和第二夾具22工作，以在測試樣11的長度方向上施加拉力或壓力，進而使得測試樣11在長度方向上產(chǎn)生形變?？梢岳斫獾?，該第一夾具21、第二夾具22的形狀、結(jié)構(gòu)可以根據(jù)測試樣11的形狀進行選用；第一夾具21、第二夾具22、驅(qū)動裝置等可以安裝在一個固定機架上。

在采用該系統(tǒng)進行測量時，首先將測試樣11的兩端分別與第一夾具21和第二夾具22連接，并通過驅(qū)動裝置驅(qū)動第一夾具21和第二夾具22，將測試樣11夾緊在第一夾具21和第二夾具22之間。

然后，將第一橫梁支架12和第二橫梁支架13分別固定安裝在測試樣11上。將延伸桿16的下端通過微調(diào)螺桿17固定安裝在第二橫梁支架13上；將安裝架14固定安裝在第一橫梁支架12上，并將位移傳感器15固定安裝在安裝架14的上端；使得延伸桿16插入安裝架14，并連接至位移傳感器15。

將測試樣11、第一橫梁支架12和第二橫梁支架13浸沒在高溫液態(tài)金屬介質(zhì)中；并且，位移傳感器15由安裝架14支撐位于高溫液態(tài)金屬介質(zhì)外。

然后，根據(jù)測試需要，利用驅(qū)動裝置在測試樣11的長度方向上施加拉力或壓力，在周期載荷加載下，標距內(nèi)的應(yīng)變值（變形位移量）可直接傳遞到第一橫梁支架12和第二橫梁支架13，并且，由于位移傳感器15和延伸桿16分別固定安裝座第一橫梁支架12和第二橫梁支架13上，從而，標距內(nèi)的應(yīng)變值（變形位移量）可以由位移傳感器15直接反映出來，無需后續(xù)繁瑣數(shù)據(jù)校正。

本發(fā)明的實施例中，在緊鄰試樣標距區(qū)域的位置安裝了位移傳感器15，能直接精確測量試樣標距內(nèi)低周疲勞應(yīng)變，無需對測量數(shù)據(jù)進行多次繁瑣校正；

通過測量緊鄰試樣標距區(qū)域上下之間的變形量，且位移傳感器15的安裝位置的橫截面大于標距區(qū)域的橫截面，因而能保證應(yīng)變集中在標距區(qū)域使疲勞裂紋始終在標距內(nèi)萌生和擴展，大大提高測量有效性和工作效率；

直接測量緊鄰標距區(qū)域的應(yīng)變，因此其測量精度高且可靠，測量穩(wěn)定性、精度和可靠度與材料種類、溫度和液態(tài)金屬流速等外部因素?zé)o直接依賴關(guān)系，能適應(yīng)多種復(fù)雜試驗環(huán)境的測量要求。

以上所揭露的僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分流程，并依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于發(fā)明所涵蓋的范圍。