《核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统及测量方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统及测量方法.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103543074 A (43)申请公布日 2014.01.29 CN 103543074 A (21)申请号 201310474648.8 (22)申请日 2013.10.12 G01N 3/18(2006.01) G01B 11/16(2006.01) (71)申请人 中国核动力研究设计院 地址 610000 四川省成都市一环路南三段 28 号 (72)发明人 王朋飞 赵文金 吴正武 杨忠波 闫萌 彭倩 戴训 邱军 梁波 易伟 陈亮 (74)专利代理机构 成都行之专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 51220 代理人 谢敏 (54) 发明名称 核燃料包壳管高温双轴蠕。
2、变环向变形测量系 统及测量方法 (57) 摘要 本发明公开了核燃料包壳管高温双轴蠕变环 向变形测量系统及测量方法， 所述测量系统包括 变形导杆、 滑轨、 轴向位移锁紧结构、 测量记录单 元 ； 所述滑轨的横截面形状为十字形， 包括两道 上轨道和两道下轨道， 两道上轨道与两道下轨道 成轴对称分布 ； 所述轴向位移锁紧结构包括两组 位于滑轨上的传动装置， 每组传动装置包括上传 动结构和下传动结构 ； 所述测量记录单元包括相 互连接的光栅尺和变形实时记录系统， 所述变形 实时记录系统包括光栅尺数显表和变形测量记录 仪。 本发明采用上述结构， 能够克服轴向变形对环 向变形测量的影响， 进而确保获得精确。
3、、 稳定的环 向变形测量数据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103543074 A CN 103543074 A 1/2 页 2 1. 核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统， 其特征在于 ： 包括变形导杆 （1） 、 滑 轨 （3） 、 轴向位移锁紧结构、 测量记录单元 ； 所述滑轨 （3） 的横截面形状为十字形， 包括两道上轨道 （31） 和两道下轨道 （32） ， 两道 上轨道 （31） 与两道下轨道 （32） 成轴对。
4、称分布 ； 所述轴向位移锁紧结构包括两组位于滑轨 （3） 上的传动装置， 每组传动装置包括上传 动结构和下传动结构， 所述上传动结构包括上中心轴 （41） 以及两个分别套接在上中心轴 （41） 两端的上轴承 （411） ， 两个上轴承 （411） 分别位于两道上轨道 （31） 内 ； 所述下传动结 构包括下中心轴 （42） 以及两个分别套接在下中心轴 （42） 两端的下轴承 （422） ， 两个下轴承 （422） 分别位于两道下轨道 （32） 内 ； 所述上中心轴 （41） 与下中心轴 （42） 的两端设有同时 贯穿上中心轴 （41） 与下中心轴 （42） 的定位销 （9） ， 且上中心轴 （。
5、41） 与下中心轴 （42） 的两 端还对应连接有始终处于拉伸状态的预紧弹簧 （10） ； 所述上中心轴 （41） 上还设有用于安装 变形导杆 （1） 的导杆安装孔 （11） ， 导杆安装孔 （11） 上设有用于锁紧变形导杆 （1） 的锁紧螺 钉 （12） ； 所述变形导杆 （1） 的一端设有金属帽 （2） ， 另一端设置成刀口 ； 所述测量记录单元包括相互连接的光栅尺 （19） 和变形实时记录系统 （21） ， 所述变形 实时记录系统 （21） 包括光栅尺数显表和变形测量记录仪。 2. 根据权利要求 1 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统， 其特征在 于 ： 所述变形导杆 （1）。
6、 的形状为圆柱体， 且采用石英材料制成。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统， 其特 征在于 ： 所述金属帽 （2） 采用硬质铝合金制成， 其端面加工粗糙度大于 0.32， 垂直度大于 0.01mm。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统， 其特征 在于 ： 所述变形导杆 （1） 的刀口端与试样的接触面尺寸为 8mm2mm， 该刀口端的粗糙度大 于 0.32， 垂直度大于 0.01mm。 5. 根据权利要求 1 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统， 其特征在 于 ： 还包括多个定位支架， 每个定位。
7、支架包括固定座 （13） 、 连杆 （14） 以及卡叉 （15） ， 固定座 （13） 与连杆 （14） 活动连接， 连杆 （14） 与卡叉 （15） 活动连接， 所述卡叉 （15） 呈 “U” 形， 所述 滑轨 （3） 的两端设有卡接凹槽 （5） ， 所述滑轨 （3） 通过卡接凹槽 （5） 固定在卡叉 （15） 上。 6. 根据权利要求 5 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统， 其特征在 于 ： 还包括用于固定光栅尺 （19） 的光栅尺固定装置 （20） ， 所述光栅尺固定装置 （20） 固定在 定位支架的卡叉 （15） 上。 7. 根据权利要求 1 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕。
8、变环向变形测量系统， 其特征在 于 ： 还包括导筒 （7） 和导筒固定装置 （6） ， 所述导筒 （7） 通过导筒固定装置 （6） 固定在滑轨 （3） 的上表面的一端。 8. 根据权利要求 1 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统， 其特征在 于 ： 所述预紧弹簧 （10） 的预紧拉力为 510N。 9. 采用上述核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统实现测量的方法， 其特征在 于 ： 包括以下步骤 ： 步骤 （a） 、 将定位支架的固定座 （13） 安装在试验机立柱上， 将滑轨 （3） 安装在定位支 权 利 要 求 书 CN 103543074 A 2 2/2 页 3 架的卡叉 。
9、（15） 上， 转动连杆 （14） 、 卡叉 （15） ， 使滑轨 （3） 的轴线和试验炉 （16） 一侧的炉孔 （17） 的轴线重合 ； 步骤 （b） 、 将导筒 （7） 穿过试验炉 （16） 一侧的炉孔 （17） ， 调整定位支架的固定座 （13） 上 下运动， 使导筒 （7） 顺利安装在导筒固定装置 （6） 上 ； 步骤 （c） 、 安装变形导杆 （1） 并使其靠近管材试样 （18） ； 步骤 （d） 、 将用于定位光栅尺 （19） 的定位支架安装在试验机立柱上， 同样通过转动连 杆 （14） 、 卡叉 （15） ， 使光栅尺 （19） 的轴线与变形导杆 （1） 的轴线重合， 并将光栅尺。
10、 （19） 的 顶杆顶在金属帽 （2） 上 ； 步骤 （e） 、 重复步骤 （a） 步骤 （d） ， 在试验炉 （16） 另一侧安装同样的变形测量系统 ； 步骤 （f） 、 微调固定座 （13） 、 连杆 （14）及卡叉 （15） ， 使变形导杆 （1） 、 导筒 （7） 、 炉孔 （17） 、 光栅尺 （19） 的轴线重合， 且试验炉 （16） 两侧的变形测量系统关于试验炉 （16） 的中心 点成点对称 ； 步骤 （g） 、 在弹性阶段进行环向和轴向加载， 观察两套光栅尺数显表的数据变化， 反复 微调固定座 （13） 、 连杆 （14） 及卡叉 （15） ， 直至两套数显表数据在弹性加载阶段。
11、相对差值控 制在 10% ； 步骤 （h） 、 给定试验条件下一定预载， 打开加热系统， 待温度达到试验温度并保温一段 时间后， 对数显表数据清零， 启动变形实时记录系统 （21） ， 开始试验。 10. 根据权利要求 9 所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量方法， 其特征在 于 ： 所述步骤 （c） 的具体过程如下 ： 步骤 （c1） 、 将变形导杆 （1） 安装在上中心轴 （41） 的导杆安装孔 （11） 中， 并用锁紧螺钉 （12） 锁紧 ； 步骤 （c2） 、 将上中心轴 （41） 与下中心轴 （42） 通过定位销 （9） 定位， 并用预紧弹簧 （10） 预紧 ； （c3） 、 。
12、推动上中心轴 （41） ， 使变形引杆 （1） 穿过导筒 （7） ， 并使其靠近管材试样 （18） 。 权 利 要 求 书 CN 103543074 A 3 1/7 页 4 核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统及测量方法 技术领域 0001 本发明属于核燃料及材料力学性能测试技术领域， 具体涉及一种核燃料锆合金包 壳管双轴蠕变试验技术中环向变形实时测量过程的测量系统、 测量方法。 背景技术 0002 锆合金具有中子吸收截面低、 优良的抗腐蚀性能和力学性能等优点， 被广泛用作 核动力反应堆燃料元件包壳及其它堆内构件。 新型的商用核燃料包壳管在入堆前必须充分 了解锆合金包壳管各项性能， 因此需。
13、要开展各项性能指标的测试， 如腐蚀、 吸氢、 力学等等。 蠕变性能指标是力学性能测试中一个重要的项目。 0003 包壳在堆内实际工况下通常承受多轴应力状态。 由于锆合金包壳管壁厚远小于管 径， 复杂的多轴应力状态可以简化为双轴应力状态， 即轴向和环向应力状态。 利用气体或者 液体内压实现管材的环向应力， 同时附加轴向拉伸或压缩载荷以实现不同比例加载的双轴 蠕变试验是目前应用较多的试验技术。 0004 双轴蠕变试验中涉及到管材在高温下两个方向的变形实时测量技术。 其中轴向变 形测量是蠕变性能测试中十分成熟的技术， 涉及试样夹持方式、 变形引出方式以及相关变 形测量方法、 规范等在相关标准中都进行。
14、了规定。小管径薄壁管的环向变形实时测量是双 轴蠕变试验中的技术难点。 通常采用两种方式进行环向变形测量， 一种是非接触式测量， 另 一种是接触式测量。 0005 在非接触方式测量方面， 光幕千分尺、 视屏引伸计等应用较广泛。如文献 Catherine Grosjean, et. al, “Cladding Tube Testing in Creep Conditions under Multiaxial Loadings: A New Device and Some Experimental Results,” Transactions, SMiRT 19, Toronto, August 2。
15、007 详细介绍了在锆合金包壳管高温双轴蠕变试验过程 利用光幕千分尺进行环向变形测量的测量系统和具体方法。许多研究都采用了上述测量 系统和方法进行， 如 Mathieu PRISER 等利用这种测量系统和方法进行了 Zr-4 合金相关方 面的研究 （ Mathieu Priser, et.al, Mutiscale Analysis of viscoplastic behaviour of recrystallized Zircaloy-4 at 400C, Zirconium in the Nuclear Industry:16th International Symposium, ASTM。
16、 STP 1529, 2010, pp. 269-296. ） ； Martin Rautenberg 等利用这种测量系统和方法进行了 M5 合金相关方面的研究 （ Martin Rautenberg,et. al,Microstructure characterization of creep anisotropy at 673K in M5 alloy,Acta Materialia 60(2012) 4319-4327. ） 。 这类利用光幕千分尺或视频引伸计的非接触方式测 量技术虽然原理简单、 方法可行， 但是其系统复杂， 构成的成套设备十分昂贵。 0006 在接触式测量方面， 文献 。
17、G. Dressler, K. H. Matucha, “Yield and Fracture of Biaxially Stressed Zircaloy-4 Cladding Tubes at Room Temperature and at 400,” Zirconium in the Nuclear Industry, ASTM STP 663, A. L. Lowe, Jr. and G. W. Party, Eds. , American Society for Testing and Materials, 1977, pp. 508-552 介绍了一种利用特制高温应变片测小径管材环。
18、向变形的测量系统及测量方法。 这种针对小 说 明 书 CN 103543074 A 4 2/7 页 5 管径测量并能长时间保持性能稳定的应变片需要特别制作、 价格较贵， 且不能重复使用， 因 而造成试验成本大大增加。 0007 文献 B. D. Clay, “The biaxial creep measurement of thin walled tubes,” Journal of Materials Science, 9 (1974): 1275-1278. 中介绍了利用引杆将变形引出 方式在双轴变形过程测量环向变形的测量系统和方法。 双轴变形过程中同时存在轴向和环 向变形， 利用顶杆进行。
19、环向变形时， 由于轴向变形伸长， 顶杆的顶尖和管材表面将存在相对 滑动， 必然导致环向测量不易控制而发生失稳。因此， 采用顶杆方式测量环向变形时， 要得 到稳定的数据， 必须克服轴向变形对环向测量的影响， 而在 Clay 提及的测量系统和方法中 没有提及如何克服这种影响。目前， 未发现关于在利用顶杆接触测量过程中如何克服轴向 变形和环向变形的相互影响的变形测量系统和方法。 发明内容 0008 本发明提供了一种核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形的测量系统及测量方法， 解决了以往核燃料包壳管在高温双轴蠕变试验过程中， 由于同时存在轴向和环向变形， 导 致环向变形测量不易控制而发生失稳， 进而无法获取。
20、精确稳定的数据的问题。 0009 本发明为解决技术问题主要通过以下技术方案实现 ： 核燃料包壳管高温双轴蠕变 环向变形测量系统， 包括变形导杆、 滑轨、 轴向位移锁紧结构、 测量记录单元 ； 所述滑轨的横截面形状为十字形， 包括两道上轨道和两道下轨道， 两道上轨道与两道 下轨道成轴对称分布 ； 所述轴向位移锁紧结构包括两组位于滑轨上的传动装置， 每组传动装置包括上传动结 构和下传动结构， 所述上传动结构包括上中心轴以及两个分别套接在上中心轴两端的上轴 承， 两个上轴承分别位于两道上轨道内 ； 所述下传动结构包括下中心轴以及两个分别套接 在下中心轴两端的下轴承， 两个下轴承分别位于两道下轨道内 。
21、； 所述上中心轴与下中心轴 的两端设有同时贯穿上中心轴与下中心轴的定位销， 且上中心轴与下中心轴的两端还对应 连接有始终处于拉伸状态的预紧弹簧 ； 所述上中心轴上还设有用于安装变形导杆的导杆安 装孔， 导杆安装孔上设有用于锁紧变形导杆的锁紧螺钉 ； 所述测量记录单元包括相互连接的光栅尺和变形实时记录系统， 所述变形实时记录系 统包括光栅尺数显表和变形测量记录仪。 0010 由于管材试样发生轴向变形时， 轴向变形伸长， 变形导杆与管材试样之间的摩擦 导致变形导杆在轴向产生相对滑动， 即测出的环向变形数据存在一定偏差， 和真实值有一 定出入。 而通过轴向位移锁紧结构上的预紧弹簧的作用， 能够防止变。
22、形导杆发生上下运动， 克服轴向变形对环向测量的影响。 0011 光栅尺是一个通用的测量仪器， 大致如下 ： 光栅尺前面是一个具有收缩性的变形 杆， 在一定下压量时， 具有回弹性， 当给定一定下压量， 数显表出现一个相对原始状态的数 值， 显示下压了多少， 一般为正值， 这时把这个数据清 0， 那么继续下压就是正值， 回弹就是 负值， 其实收缩时原理也一样， 收缩时， 光栅尺由于具有回弹性， 会迫使变形导杆顶紧试样， 从而测试出收缩的位移值。 0012 光栅尺数显表是与光栅尺配套的， 可以将光栅尺反映出的位移量和位移方向等数 据显示出来 ； 变形测量记录仪为一种软件系统， 具有实时显示、 数据记。
23、录、 数据后期处理等 说 明 书 CN 103543074 A 5 3/7 页 6 功能， 它是通过一个通用的编程软件 LabVIEW 设计的， 对变形测量领域来说是一个现有技 术， 也并非本发明的保护点。LabVIEW 是一种程序开发环境， 由美国国家仪器 （NI） 公司研制 开发的， 类似于 C 和 BASIC 开发环境， 但是 LabVIEW 与其他计算机语言的显著区别是 ： 其他 计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码， 而 LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编 写程序， 产生的程序是框图的形式。 0013 进一步地， 所述变形导杆的形状为圆柱体， 且采用石英材料制成。 石。
24、英材料可以满 足长时间蠕变过程中导杆不会发生氧化， 能保证结构尺寸稳定性。 0014 进一步地， 所述金属帽采用硬质铝合金制成， 其端面加工粗糙度大于 0.32， 垂直度 大于 0.01mm。 0015 进一步地， 所述变形导杆的刀口端与试样的接触面尺寸为 8mm2mm， 该刀口端的 粗糙度大于 0.32， 垂直度大于 0.01mm。刀口与试样的接触面大小对测量有一定的影响， 当 刀口端面过大， 即刀口与试样的接触面过大时， 刀口与试样之间的摩擦也就越大， 容易使变 形导杆发生轴向滑动， 影响环向变形数据的测量 ； 当刀口端面过小时， 虽然刀口与试样之 间的摩擦非常小， 基本不影响环向变形数据。
25、的测量， 但是此时造成的应力较大， 可能造成试 样， 尤其是锆合金管材的表面损伤较大， 通过大量的实验及研究发现， 当刀口与试样的接触 面尺寸为 8mm2mm 时， 测量效果最佳， 且不会损伤试样。 0016 进一步地， 作为一种优选方案， 本方案还包括多个定位支架， 每个定位支架包括固 定座、 连杆以及卡叉， 固定座与连杆活动连接， 连杆与卡叉活动连接， 所述卡叉呈 “U” 形， 所 述滑轨的两端设有卡接凹槽， 所述滑轨通过卡接凹槽固定在卡叉上。定位支架用于实现测 量过程中的定位和轴线对中， 固定座安装在试验炉旁的立柱上， 并且能沿立柱上下根据需 要自由调整位置 ； 连杆能绕和固定座连接的轴。
26、做 3600旋转 ； 卡叉能绕和连杆连接的轴做 3600旋转 ； 滑轨通过卡位凹槽能相对卡叉做平移运动。 0017 进一步地， 作为一种优选方案， 本方案还包括用于固定光栅尺的光栅尺固定装置， 所述光栅尺固定装置固定在定位支架的卡叉上。 0018 进一步地， 作为另一种优选方案， 本方案还包括导筒和导筒固定装置， 所述导筒通 过导筒固定装置固定在滑轨的上表面的一端。导筒用来定位和引导变形导杆， 导筒的内径 比变形导杆的外径稍大。 0019 进一步地， 所述预紧弹簧的预紧拉力为 510N。当预紧弹簧的预紧力过大时， 变相 增大了轴承和滑轨间摩擦力， 而当预紧力过小时， 对轴向位移约束作用较小， 。
27、很可能起不到 克服轴向变形的作用 ； 通过试验验证表明， 预紧弹簧的预紧力为 510N 时为最佳。 0020 核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量方法， 包括以下步骤 ： 步骤 （a） 、 将定位支架的固定座安装在试验机立柱上， 将滑轨安装在定位支架的卡叉 上， 转动连杆、 卡叉， 使滑轨的轴线和试验炉一侧的炉孔的轴线重合 ； 步骤 （b） 、 将导筒穿过试验炉一侧的炉孔， 调整定位支架的固定座上下运动， 使导筒顺 利安装在导筒固定装置上 ； 步骤 （c） 、 安装变形导杆并使其靠近管材试样 ； 步骤 （d） 、 将用于定位光栅尺的定位支架安装在试验机立柱上， 同样通过转动连杆、 卡 叉， 使。
28、光栅尺的轴线与变形导杆的轴线重合， 并将光栅尺的顶杆顶在金属帽上 ； 步骤 （e） 、 重复步骤 （a） 步骤 （d） ， 在试验炉另一侧安装同样的变形测量系统 ； 说 明 书 CN 103543074 A 6 4/7 页 7 步骤 （f） 、 微调固定座、 连杆及卡叉， 使变形导杆、 导筒、 炉孔、 光栅尺的轴线重合， 且试 验炉两侧的变形测量系统关于试验炉的中心点成点对称 ； 步骤 （g） 、 在弹性阶段进行环向和轴向加载， 观察两套光栅尺数显表的数据变化， 反复 微调固定座、 连杆及卡叉， 直至两套数显表数据在弹性加载阶段相对差值控制在 10% ； 弹性 阶段指的是在实验前给定小于屈服强。
29、度的应力值加载， 过程中试样会发生弹性变形 （不至 于破坏试样） ， 用来验证两边变形是否一致。环向加载和轴向加载方法是 ： 环向加载通过增 压泵加载气体， 实现加载， 轴向加载通过拉伸机直接加载。 数显表显示的是在加载过程中由 于管材膨胀 （或缩小） ， 轴向伸长 （或缩短） 的数值， 也即变形量。管材环向两边变形量差值控 制在 10% 通常可以认为是可以接受的范围， 说明变形比较一致， 系统正常。 0021 步骤 （h） 、 给定试验条件下一定预载， 打开加热系统， 待温度达到试验温度并保温 一段时间后， 对数显表数据清零， 启动变形实时记录系统， 开始试验。 0022 进一步地， 所述步。
30、骤 （c） 的具体过程如下 ： 步骤 （c1） 、 将变形导杆安装在上中心轴的导杆安装孔中， 并用锁紧螺钉锁紧 ； 步骤 （c2） 、 将上中心轴与下中心轴通过定位销定位， 并用预紧弹簧预紧 ； 步骤 （c3） 、 推动上中心轴， 使变形引杆穿过导筒， 并使其靠近管材试样。 0023 在进行步骤 （h） 前， 还包括 ： 选择采样频率、 调选软件系统平均值计算模块、 选择 数据保存路径， 采样频率选择要依据不同试验条件下的变形量大小以及实验者期望得到的 数据量多少 ； 而选择采样频率、 调选软件系统平均值计算模块、 选择数据保存路径是一般力 学试验都会涉及到的， 属于常规选择或设置， 不是本发。
31、明的保护点。 0024 本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果 ： （1） 本发明通过设计轴向位移锁紧结构， 既实现了试验过程中管材试样膨胀或收缩引 起的位移传递， 并通过光栅尺进行测量， 同时还能避免变形导杆因管材试样轴向变形而发 生轴向位移的情况发生， 即克服了管材试样轴向变形对测量数据的影响， 从而确保了环向 变形测量数据的精确性、 稳定性。 0025 （2） 本发明所涉及的测量系统整体结构简单， 相对于光幕千分尺或视屏引伸计等 来说价格低廉， 成本较低 ； 而相对于高温应变片测量系统来说， 则更易于制作， 且还能重复 使用。 0026 （3） 本发明涉及的测量方法从安装到调试， 再。
32、到试验测量， 整个过程操作简单， 易 于实现， 可实时地显示测量结果， 并可设置保存路径对测量结果进行保存， 以便后期调用。 附图说明 0027 图 1 为本发明的实施例 1 的滑轨的结构示意图 ： 图 2 为本发明的实施例 1 的轴向位移锁紧结构的结构示意图 ： 图 3 为本发明的实施例 2 的变形导杆的主视图 ； 图 4 为本发明的实施例 2 的变形导杆的俯视图 ： 图 5 为本发明的实施例 3 的定位支架的结构示意图 ； 图 6 为本发明的实施例 3 的滑轨的结构示意图 ； 图 7 为本发明的实施例 4 的结构示意图一 ； 图 8 为本发明的实施例 4 的结构示意图二 ； 说 明 书 C。
33、N 103543074 A 7 5/7 页 8 图 9 为本发明的整体结构示意图 ； 图 10 为图 7 的 A-A 剖视图。 具体实施方式 0028 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明， 但本发明的实施方式不限于此。 0029 实施例 1 ： 本实施例包括变形导杆 1、 滑轨 3、 轴向位移锁紧结构、 测量记录单元 ； 如图 1 所示， 滑轨 3 的横截面形状为十字形， 即长方体的上下表面分别被切掉两块， 形 成中间高、 两侧低的结构形态， 由此形成了两道上轨道 31 和两道下轨道 32， 两道上轨道 31 与两道下轨道 32 成轴对称分布 ； 如图2所示， 轴向位移锁紧结构包括两组位。
34、于滑轨3上的传动装置， 每组传动装置包括 上传动结构和下传动结构， 上传动结构包括上中心轴 41 以及两个分别套接在上中心轴 41 两端的上轴承 411， 两个上轴承 411 分别位于两道上轨道 31 内 ； 下传动结构包括下中心轴 42 以及两个分别套接在下中心轴 42 两端的下轴承 422， 两个下轴承 422 分别位于两道下轨 道 32 内 ； 上中心轴 41 与下中心轴42 的两端设有同时贯穿上中心轴 41 与下中心轴 42 的定 位销 9， 上中心轴 41 与下中心轴 42 的两端还对应连接有始终处于拉伸状态的预紧弹簧 10， 由此形成一个较为稳定的传动系统， 中心轴41与下中心轴4。
35、2均不会出现上下运动， 在环向 上中心轴 41 上还设有用于安装变形导杆 1 的导杆安装孔 11， 导杆安装孔 11 上设有用于锁 紧变形导杆 1 的锁紧螺钉 12。以上结构确保了变形导杆 1 在水平方向上的运动稳定性， 避 免变形导杆 1 产生沿着试样轴向的滑动， 使变形导杆 1 发生的位移变化量只来源于试样的 环向变形， 因此测出的环向变形量就是准确的。 0030 本实施例的测量记录单元包括相互连接的光栅尺 19 和变形实时记录系统 21， 变 形实时记录系统包括光栅尺数显表和变形测量记录仪， 试验时， 光栅尺 19 的前端顶在变形 导杆 1 上。 0031 本实施例的大致工作原理如下 ：。
36、 变形导杆 1 固定在上中心轴 41 后， 推动上中心轴 41， 使变形导杆 1 的前端与管材试验接触， 试验时， 高温下的管材试样发生环向变形， 即膨 胀或收缩， 使变形导杆发生位移变化， 该位移变化通过光栅尺 19 测出， 并通过变形实时记 录系统记录下。 0032 实施例 2 ： 如图 3、 图 4 所示， 本实施例与实施例 1 基本相同， 不同的地方是本实施例的变形导杆 1的形状为圆柱体， 且采用石英材料制成， 变形导杆1的一端设有金属帽2， 另一端设置成刀 口。 0033 为了获得较好的测量效果， 本实施例的金属帽 2 采用硬质铝合金制成， 其端面加 工粗糙度大于 0.32， 垂直度。
37、大于 0.01mm， 另外， 优选地， 将变形导杆 1 的刀口端与试样的接 触面尺寸设计为 8mm2mm， 该刀口端的粗糙度大于 0.32， 垂直度大于 0.01mm， 这样既能满 足测量的准确性， 又能避免损伤试样。 0034 实施例 3 ： 如图 5、 图 6 所示， 本实施例与实施例 2 基本相同， 不同的地方是， 本实施例还包括多个 定位支架， 每个定位支架包括固定座 13、 连杆 14 以及卡叉 15， 固定座 13 与连杆 14 活动连 说 明 书 CN 103543074 A 8 6/7 页 9 接， 连杆 14 可绕和固定座连接的轴做 3600旋转 ； 连杆 14 与卡叉 15。
38、 活动连接， 卡叉能绕和 连杆连接的轴做 3600旋转 ； 卡叉 15 呈 “U” 形， 滑轨 3 的两端设有卡接凹槽 5， 滑轨 3 通过卡 接凹槽 5 固定在卡叉 15 上， 滑轨 3 可通过卡接凹槽 5 相对于卡叉 15 做平移运动， 从而通过 旋转、 平移等微调操作， 可对滑轨 3、 变形导杆 1 的位置进行精确定位， 方便调试、 试验。 0035 如图9所示， 另外， 作为优选， 本实施例还包括用于固定光栅尺19的光栅尺固定装 置 20， 所述光栅尺固定装置 20 固定在定位支架的卡叉 15 上， 其操作与将滑轨 3 设置在定 位支架上的操作类似， 原理相同， 主要目的是为了定位光栅。
39、尺19， 使光栅尺19与变形导杆1 的轴线重合。判断光栅尺 19 与变形导杆 1 的轴线是否重合的方法有多种， 粗略的方法有目 测， 精密一点的方法有牵线， 更精确、 可行的是用激光。 0036 实施例 4 ： 如图 7、 图 8、 图 10 所示， 本实施例在实施例 3 的基础上还包括导筒 7 和导筒固定装置 6， 固定装置 6 为常见的机械结构， 主要目的是固定好导筒 7， 导筒 7 通过导筒固定装置 6 固 定在滑轨 3 的上表面的一端， 导筒 7 的内径比变形导杆 1 的外径稍大， 可对变形导杆 1 起定 位和引导的作用， 便于试验， 另外， 导筒7还能够起到进一步限定变形导轨1的作用。
40、， 防止变 形导杆 1 在试样表面发生轴向滑动。 0037 实施例 5 ： 本实施例与实施例 1 基本相同， 不同的地方是， 本实施例的预紧弹簧 10 的预紧拉力为 510N， 通过试验验证表明， 预紧弹簧的预紧力为 510N 时为最佳， 此预紧力下， 轴承和滑轨 间摩擦力不至于太大， 同时又保证了轴向位移约束力， 使其起到克服轴向变形带来的影响 的作用。 0038 针对以上测量系统， 本发明所述的核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量方 法， 包括以下步骤 ： 步骤 （a） 、 将定位支架的固定座13安装在试验机立柱上， 将滑轨3安装在定位支架的卡 叉 15 上， 转动连杆 14、 卡叉 15。
41、， 使滑轨 3 的轴线和试验炉 16 一侧的炉孔 17 的轴线重合 ； 步骤 （b） 、 将导筒7穿过试验炉16一侧的炉孔17， 调整定位支架的固定座13上下运动， 使导筒 7 顺利安装在导筒固定装置 6 上 ； 步骤 （c） 、 安装变形导杆 1 并使其靠近管材试样 18 ； 步骤 （d） 、 将用于定位光栅尺 19 的定位支架安装在试验机立柱上， 同样通过转动连杆 14、 卡叉 15， 使光栅尺 19 的轴线与变形导杆 1 的轴线重合， 并将光栅尺 19 的顶杆顶在金属 帽 2 上 ； 步骤 （e） 、 重复步骤 （a） 步骤 （d） ， 在试验炉 16 另一侧安装同样的变形测量系统 ； 。
42、步骤 （f） 、 微调固定座 13、 连杆 14 及卡叉 15， 使变形导杆 1、 导筒 7、 炉孔 17、 光栅尺 19 的轴线重合， 且试验炉 16 两侧的变形测量系统关于试验炉 16 的中心点成点对称 ； 步骤 （g） 、 在弹性阶段进行环向和轴向加载， 观察两套光栅尺数显表的数据变化， 反复 微调固定座 13、 连杆 14 及卡叉 15， 直至两套数显表数据在弹性加载阶段相对差值控制在 10% ； 步骤 （h） 、 给定试验条件下一定预载， 打开加热系统， 待温度达到试验温度并保温一段 时间后， 对数显表数据清零， 启动变形实时记录系统 21， 开始试验。 0039 步骤 （c） 的具。
43、体过程如下 ： 说 明 书 CN 103543074 A 9 7/7 页 10 步骤 （c1） 、 将变形导杆 1 安装在上中心轴 41 的导杆安装孔 11 中， 并用锁紧螺钉 12 锁 紧 ； 步骤 （c2） 、 将上中心轴 41 与下中心轴 42 通过定位销 9 定位， 并用预紧弹簧 10 预紧 ； 步骤 （c3） 、 推动上中心轴 41， 使变形引杆 1 穿过导筒 7， 并使其靠近管材试样 18。 0040 本发明通过巧妙地设置轴向位移锁紧装置， 在不阻碍变形导杆传动的基础上， 克 服了传统的轴向变形对环向变形测量的影响， 便于得到精确、 稳定的数据 ； 另外， 测量系统 采用光栅尺作为。
44、测量工具， 其分辨率为 0.1m、 精度为 1m， 相对于光幕千分尺或视屏引 伸计等来说价格低廉， 成本较低， 而相对于高温应变片测量系统来说， 则更易于制作， 且还 能重复使用 ； 本发明涉及的测量方法从安装到调试， 再到试验测量， 整个过程操作简单， 易 于实现， 不仅可实时地显示测量结果， 而且可设置保存路径对测量结果进行保存， 以便后期 调用。 0041 本发明已经通过上述实施例进行了说明， 但应当理解的是， 上述实施例只是用于 举例和说明的目的， 而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。 此外， 本领域技术人 员可以理解的是， 本发明并不局限于上述实施例， 根据本发明的教导还可以做出更多种的 变型和修改， 这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。 说 明 书 CN 103543074 A 10 1/4 页 11 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103543074 A 11 2/4 页 12 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103543074 A 12 3/4 页 13 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103543074 A 13 4/4 页 14 图 10 说 明 书 附 图 CN 103543074 A 14 。