背景介紹

核電站安全殼能夠防止放射性物質(zhì)擴(kuò)散，是反應(yīng)堆的第三道安全屏障。核電站安全殼機(jī)械貫穿件作為安全殼的附件，是保證管路穿過反應(yīng)堆鋼制安全殼時(shí)，將安全殼內(nèi)部與外部流體管道連接在一起的關(guān)鍵性部件，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度至關(guān)重要。

研究內(nèi)容

國內(nèi)某研究所為分析核電站安全殼在極限載荷作用下的密封性能，針對(duì)機(jī)械貫穿件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套加載試驗(yàn)裝置，再配合XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)采集和分析相關(guān)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，測(cè)試其密封性、極限加載后小時(shí)泄露率是否滿足應(yīng)用要求。

DIC測(cè)試裝置

根據(jù)機(jī)械貫穿件的實(shí)際應(yīng)用工況，貫穿柱頭部會(huì)受到與水平面呈 45°夾角方向的推力和扭力，采用數(shù)字散斑相關(guān)法DIC進(jìn)行全場變形測(cè)量。

為分析貫穿件受力變形情況，通過加載裝置控制液壓系統(tǒng)的比例閥開度，實(shí)現(xiàn)推力和扭矩的加載。

數(shù)字散斑相關(guān)法DIC測(cè)試

采用XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，結(jié)合兩臺(tái)高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集圖像，利用DIC軟件進(jìn)行位移場數(shù)據(jù)的計(jì)算處理和變形信息的可視化分析，從而實(shí)現(xiàn)快速、高精度、實(shí)時(shí)、非接觸式的三維應(yīng)變測(cè)量。

XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)位置命名為2S1，其測(cè)點(diǎn)布置如下圖所示。

DIC系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置圖

測(cè)試結(jié)果分析

將XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，通過調(diào)整加載試驗(yàn)裝置的比例閥開度，實(shí)現(xiàn)對(duì)貫穿件的極限加載，試驗(yàn)共進(jìn)行兩次加載。

應(yīng)變測(cè)試第1次加載

DIC散斑測(cè)試系統(tǒng)，2S1 測(cè)點(diǎn)視場某點(diǎn)的位移及云圖：

第 1 次加載散斑2S1測(cè)點(diǎn)-點(diǎn)P位移曲線及云圖

應(yīng)變測(cè)試第2次加載

散斑測(cè)試系統(tǒng)，2S1 測(cè)點(diǎn)視場某點(diǎn)的位移及云圖：

第 2 次加載散斑2S1測(cè)點(diǎn)-點(diǎn)P位移曲線及云圖

通過分析位移曲線變化表明：在極限載荷下，各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)較大。其中，封頭平面上的 4個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在加載結(jié)束后，應(yīng)變數(shù)據(jù)都能基本回歸零位，表明封頭部位處于彈性變形階段。

貫穿柱上的測(cè)點(diǎn)在加載結(jié)束后，仍存在較大的應(yīng)變值，說明貫穿柱已發(fā)生塑性變形，已達(dá)到極限載荷。

泄漏率測(cè)試分析

在極限加載后，貫穿柱發(fā)生形變的情況下，貫穿件的密封性達(dá)到2級(jí)密封箱室規(guī)定的泄露率，可滿足使用的要求，驗(yàn)證了貫穿件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的適用性。

研究結(jié)論

采用應(yīng)變片和新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)加載過程中貫穿件進(jìn)行全場應(yīng)變測(cè)量，并對(duì)加載后的貫穿件泄露率進(jìn)行測(cè)試，得到以下結(jié)論：

1）XTDIC三維全場應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的位移曲線精度較高，能夠全面反應(yīng)載荷施加過程中散斑區(qū)域的形變過程。

2）由測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，極限載荷施加過程中，貫穿柱根部應(yīng)力集中程度高，塑性變形不均勻。

3）密封性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，貫穿件的密封性能良好，驗(yàn)證了機(jī)械貫穿件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的適用性。

案例摘自：【陳前昆，中船重工第七一三研究所，極限載荷作用下機(jī)械貫穿件應(yīng)變及密封性能研究】