基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法

本发明涉及核燃料包壳管周向拉伸测试，具体涉及基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法。

背景技术：

1、核燃料包壳管是核电站防止核泄漏安全的关键。核燃料包壳管的力学性能，如拉伸性能、蠕变性能等，在核燃料包壳管的设计和安全评估中起着重要的作用。核燃料包壳管由于加工工艺，导致在微观上晶粒取向有方向性，宏观上表现为力学性能各向异性。

2、现有技术中，小冲杆试验需要一个直径为10mm、厚度为0.5mm的板状小试样，而核燃料包壳管由于尺寸小，显然不能制成小冲杆板状试样。虽然有一种基于小冲杆试验的管状试样被提出用于研究核燃料包壳管的拉伸性能，但由于试样处于双轴应力状态，无法用于研究各向异性核燃料包壳管的周向拉伸性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法，以准确地测定屈服强度和抗拉强度，解决现有小冲杆试验无法研究周向拉伸行为的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法，包括以下步骤：s1：采用核燃料包壳管制备小冲杆试验要使用的周向试样；s2：将周向试样采用周向试样夹具装夹在小冲杆试验机上；s3：开始对周向试样进行小冲杆试验，得到小冲杆试验机施加在周向试样的力与位移曲线，从而确定拐点力fe、最大力fm和fm对应的位移vm；s4：根据步骤s3所得到的fe、fm和vm计算得到核燃料包壳管的屈服应力σy和极限抗拉强度σuts数据。

4、作为一种优选，步骤s1中，周向试样由核燃料包壳管直接制备；周向试样为弧形试样，弧形试样上设有周向孔。

5、作为一种优选，步骤s2中，周向试样夹具包括下模、小冲杆和上模，下模固定在小冲杆试验机的工作台上，下模设有冲孔和圆弧凹面，冲孔位于圆弧凹面的中心；上模设有导向槽和圆弧凸面，导向槽位于圆弧凸面的中心；周向试样夹具装夹周向试样时，周向试样位于上模和下模之间，圆弧凸面压紧周向试样在圆弧凹面，小冲杆穿过导向槽并相对于导向槽滑移，周向试样的中部位于小冲杆与冲孔之间，冲孔的位置和小冲杆的运动路径相匹配。

6、作为一种优选，步骤s4中，抗拉强度σuts的计算公式为

7、

8、屈服强度σy的计算公式为

9、

10、其中，h0为周向试样的初始厚度，fm为小冲杆试验机施加在周向试样的最大力，vm为在fm处的位移，βrm和βrp0.2为试验装置相关的常数，fe为弹塑性拐点力。

11、总的说来，本发明具有如下优点：

12、1.本发明的方法能准确地测定屈服强度和抗拉强度，解决了现有小冲杆试验的管状试样无法用于研究周向拉伸行为的问题；通过将核燃料包壳管制备成可以装夹在小冲杆试验机的周向试样，然后通过小冲杆试验测出力与位移曲线进而计算得到周向试样的屈服强度σy和抗拉强度σuts。

13、2.本发明通过设计具有圆弧凹面的下模和具有圆弧凸面的上模，再将核燃料包壳管直接制成弧形试样，上模和下模相互配合对弧形试样进行夹持，解决了标准小冲杆试验中，核燃料包壳管无法直接安装于小冲杆试验机上进行试验的问题。

技术特征：

1.基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法，其特征在于：步骤s1中，周向试样由核燃料包壳管直接制成；周向试样为弧形试样，弧形试样上设有周向孔。

3.按照权利要求2所述的基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法，其特征在于：步骤s2中，周向试样夹具包括下模、小冲杆和上模，下模固定在小冲杆试验机的工作台上，下模设有冲孔和圆弧凹面，冲孔位于圆弧凹面的中心；上模设有导向槽和圆弧凸面，导向槽位于圆弧凸面的中心；周向试样夹具装夹周向试样时，周向试样位于上模和下模之间，圆弧凸面压紧周向试样在圆弧凹面，小冲杆穿过导向槽并相对于导向槽滑移，周向试样的中部位于小冲杆与冲孔之间，冲孔的位置和小冲杆的运动路径相匹配。

4.按照权利要求1所述的基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法，其特征在于：步骤s4中，抗拉强度σuts的计算公式为

技术总结
本发明涉及基于小冲杆试验测试核燃料包壳管周向拉伸性能的方法，包括以下步骤：S1：采用核燃料包壳管制备小冲杆试验要使用的周向试样；S2：将周向试样采用周向试样夹具装夹在小冲杆试验机上；S3：开始对周向试样进行小冲杆试验，得到小冲杆试验机施加在周向试样的力与位移曲线，从而确定拐点力F<subgt;e</subgt;、最大力F<subgt;m</subgt;和F<subgt;m</subgt;对应的位移v<subgt;m</subgt;；S4：根据步骤S3所得到的F<subgt;e</subgt;、F<subgt;m</subgt;和v<subgt;m</subgt;计算得到核燃料包壳管的屈服应力σ<subgt;y</subgt;和极限抗拉强度σ<subgt;UTS</subgt;数据。本发明能准确地测定屈服强度和抗拉强度，解决现有小冲杆试验的管材试样无法用于研究周向拉伸行为的问题，属于核燃料包壳管周向拉伸测试技术领域。

技术研发人员：赖焕生
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15