軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具的制作方法
【專利摘要】一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，包括有：前端夾緊機構(gòu)，通過一個前法蘭連接被測薄壁圓管，用于夾緊被測薄壁圓管的前端口，并向被測薄壁圓管導(dǎo)入液壓油或氣壓；后端夾緊機構(gòu)，通過一個后法蘭連接被測薄壁圓管，用于夾緊被測薄壁圓管的后端口，并確保在測試狀態(tài)封住被測薄壁圓管的液壓油出口端。本實用新型由以拆裝、更換更為方便的法蘭緊固結(jié)構(gòu)代替，所以，本實用新型設(shè)計更為合理、裝配結(jié)構(gòu)簡單、易于試驗操作，實驗過程中避免焊接接頭處的裂紋損傷及不垂直度等因素影響，防拉脫、受載量程大。夾具密封性良好，無需考慮由于液壓油泄露帶來的潛在風險。整個夾具裝配結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極強，經(jīng)多次試驗驗證取得了理想的效果。
【專利說明】
軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種專用夾具。特別是涉及一種用于軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下的薄管試樣多軸力學(xué)性能研究的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染和資源短缺壓力的日漸增大，核電領(lǐng)域由于自身的清潔、節(jié)能及可持續(xù)等優(yōu)點，受到了世界各國的青睞并得到了大力發(fā)展。就國內(nèi)而言，根據(jù)國務(wù)院與2013年9月發(fā)布的《大氣污染行動防治計劃》，預(yù)計到2017年底，國內(nèi)核電機組裝機容量將達到5000萬千瓦，核能核電領(lǐng)域在中國將得到空前的應(yīng)用。在核反應(yīng)堆內(nèi)部，燃料包殼位于核能裂變反應(yīng)、核能轉(zhuǎn)換成熱能的關(guān)鍵部位;與此同時，包殼材料還是防止核裂變產(chǎn)物向外逃逸的首道屏障，是核反應(yīng)堆中工況最為苛刻的部件?？梢哉f，核反應(yīng)堆內(nèi)包殼材料性能的好壞直接決定著核反應(yīng)能否安全、高效地運行。迄今為止，由燃料包殼失效導(dǎo)致的核泄漏事故在世界各國屢見不鮮，如切爾諾貝利核電站、二里島核電站、福島核電站等。在正常運行時，包殼會受到反應(yīng)堆功率波動、水冷介質(zhì)流致振動、冷卻水壓力、裂變氣體壓力和燃料芯塊擠壓力等共同作用。這些外部因素會在燃料包殼的軸向和環(huán)向周期性地施加循環(huán)載荷，包殼圓管多處于軸向一內(nèi)壓的多軸加載狀態(tài)。因此，對核反應(yīng)堆包殼圓管的多軸疲勞力學(xué)性能的測試變得尤為關(guān)鍵。
[0003]承受內(nèi)壓的薄壁圓管多軸疲勞試驗的難點在于多軸夾具的設(shè)計。多軸夾具連接試樣兩側(cè)，一方面能夠保證液壓油流經(jīng)夾具進入試件內(nèi)部，在圓管內(nèi)部維持穩(wěn)定內(nèi)壓;另一方面也能夠使試樣在疲勞試驗機承受軸線方向的外加載荷。目前，國內(nèi)外關(guān)于受內(nèi)壓圓管試樣的多軸夾具裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，主要包括:焊接法和卡殼法等，每種設(shè)計思路都有針對性又有各自的局限性。焊接法的主要設(shè)計思路是將試件直接焊接在內(nèi)壓裝置進油管管端，這種設(shè)計思路不需要復(fù)雜的夾具及裝配結(jié)構(gòu)，較為簡便。但該設(shè)計思路沒有考慮到母材對焊接的影響。包殼材料通常選用鋯合金，而進油管管端常用鋼材，兩種材料焊接后不僅不能夠保證焊接垂直度，而且焊接裂紋及缺陷過多，焊接效果極不理想。另一種焊接設(shè)計思路為用鋯合金定制進油管管端，這樣接口處材料焊接后能夠較好地承受外加載荷的作用，防止滑脫和液壓油的泄露。但是，焊接后的進油管管端不能重復(fù)利用，這不僅對鋯合金造成極大的浪費，也極大得增加了試驗的復(fù)雜性?？し軌蚝芎玫乇ＷC試樣的垂直度，并且沒有焊接帶來的裂紋及缺陷。但是，卡殼法由于自身螺紋緊固結(jié)構(gòu)承受軸向拉力，不能承受過大載荷，限制了試驗方案的豐富性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠同時承受內(nèi)壓及軸向載荷的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，包括有:前端夾緊機構(gòu)，通過一個前法蘭連接被測薄壁圓管，用于夾緊被測薄壁圓管的前端口，并向被測薄壁圓管導(dǎo)入液壓油或氣壓;后端夾緊機構(gòu)，通過一個后法蘭連接被測薄壁圓管，用于夾緊被測薄壁圓管的后端口，并確保在測試狀態(tài)封住被測薄壁圓管的液壓油出口端。
[0006]所述的前端夾緊機構(gòu)和后端夾緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，均包括有由圓盤結(jié)構(gòu)、圓柱形結(jié)構(gòu)和夾持端頭沿軸線依次設(shè)置一體形成的T形夾持封頭、位于T形夾持封頭的圓盤結(jié)構(gòu)一端用于夾緊被測薄壁圓管的錐形夾緊塊和嵌入在所述被測薄壁圓管的端口內(nèi)用于支撐被測薄壁圓管端部的空心抗壓管，其中，所述錐形夾緊塊嵌入在所述前法蘭或后法蘭內(nèi)，所述T形夾持封頭的圓盤結(jié)構(gòu)構(gòu)成與所述前法蘭或后法蘭通過螺栓固定連接的連接盤，所述T形夾持封頭內(nèi)沿軸向形成有中心油道，所述中心油道位于錐形夾緊塊一端的端口內(nèi)用于插入被測薄壁圓管的前端口或后端口，所述T形夾持封頭的圓柱形結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成有與所述的中心油道相連通的用于連接輸油管或堵絲的油口。
[0007]所述T形夾持封頭的連接盤內(nèi)繞所述的中心油道的圓周形成有一圈密封槽，所述密封槽內(nèi)設(shè)置有用于使測薄壁圓管與所述的T形夾持封頭密封配合的密封圈。
[0008]所述T形夾持封頭的連接盤上沿圓周方向形成有4個用于與所述的前法蘭或后法蘭固定連接的通孔.
[0009]所述的前法蘭和后法蘭結(jié)構(gòu)相同，均包括有沿軸向形成貫通的用于嵌入所述錐形夾緊塊的錐體嵌入孔，以及沿所述錐體嵌入孔外周形成的與T形夾持封頭的連接盤上的通孔相對應(yīng)的用于連接螺栓的螺紋孔，其中，所述的錐體嵌入孔在位于所述連接盤一側(cè)的直徑大于遠離連接盤一側(cè)的直徑。
[0010]所述的錐形夾緊塊是由兩個結(jié)構(gòu)完全相同的半錐形結(jié)構(gòu)對接構(gòu)成，所述半錐形結(jié)構(gòu)的中心沿軸向形成有能夠卡入所述被測薄壁圓管的半圓形凹槽，所述對接的兩個半錐形結(jié)構(gòu)通過嵌入在前法蘭或后法蘭的錐體嵌入孔內(nèi)而夾緊被測薄壁圓管。
[0011]所述的半圓形凹槽的槽面上向外凸出的形成有能夠使被測薄壁圓管與所述的錐形夾緊塊增大摩擦力的凸紋。
[0012]所述的用于支撐被測薄壁圓管端部的空心抗壓管內(nèi)沿軸向形成有一端與所述被測薄壁圓管相連通另一端與所述T形夾持封頭的中心油道相連通的油路。
[0013]所述的空心抗壓管在被測薄壁圓管內(nèi)，一端的端面與所述被測薄壁圓管的端面對齊，另一端的端面與錐形夾緊塊的錐端面對齊。
[0014]本實用新型的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，裝配結(jié)構(gòu)因舍棄了焊接方法，由以拆裝、更換更為方便的法蘭緊固結(jié)構(gòu)代替，所以，本實用新型設(shè)計更為合理、裝配結(jié)構(gòu)簡單、易于試驗操作，實驗過程中避免焊接接頭處的裂紋損傷及不垂直度等因素影響，防拉脫、受載量程大。夾具密封性良好，無需考慮由于液壓油泄露帶來的潛在風險。整個夾具裝配結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極強，經(jīng)多次試驗驗證取得了理想的效果。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實用新型軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具的整體剖面示圖；
[0017]圖3是本實用新型中前法蘭或后法蘭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是本實用新型中半錐形結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5是本實用新型中空心抗壓管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]1:被測薄壁圓管2:前端夾緊機構(gòu)
[0021]3:前法蘭4:后端夾緊機構(gòu)
[0022]5:后法蘭6:螺栓
[0023]21、41:Τ形夾持封頭22、42錐形夾緊塊
[0024]23、43:空心抗壓管24、44連接盤
[0025]25、45:中心油道26、46:油口
[0026]27、47:密封圈28、48:通孔
[0027]31、51:錐體嵌入孔32、52:螺孔
[0028]221、421:半錐形結(jié)構(gòu)222、422:半圓形凹槽
[0029]223、423:凸紋231、431:油路
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具做出詳細說明。
[0031]如圖1所示，本實用新型的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，包括有:前端夾緊機構(gòu)2，通過一個前法蘭3連接被測薄壁圓管I，用于夾緊被測薄壁圓管I的前端口，并向被測薄壁圓管I導(dǎo)入液壓油或氣壓;后端夾緊機構(gòu)4，通過一個后法蘭5連接被測薄壁圓管I，用于夾緊被測薄壁圓管I的后端口，并確保在測試狀態(tài)封住被測薄壁圓管I的液壓油出口端。如液壓油由本實用新型的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具的前端油口導(dǎo)入，在試驗打壓前應(yīng)利用本實用新型的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具的后端油口排空液壓油內(nèi)的空氣。
[0032]所述的前端夾緊機構(gòu)2和后端夾緊機構(gòu)4結(jié)構(gòu)相同，均包括有由圓盤結(jié)構(gòu)a、圓柱形結(jié)構(gòu)b和夾持端頭c沿軸線依次設(shè)置一體形成的T形夾持封頭21/41、位于T形夾持封頭21/41的圓盤結(jié)構(gòu)一端用于夾緊被測薄壁圓管I的錐形夾緊塊22/42和嵌入在所述被測薄壁圓管I的端口內(nèi)用于支撐被測薄壁圓管I端部的空心抗壓管23/43，其中，所述錐形夾緊塊22/42嵌入在所述前法蘭3或后法蘭5內(nèi)，所述T形夾持封頭21/41的圓盤結(jié)構(gòu)構(gòu)成與所述前法蘭3或后法蘭5通過螺栓6固定連接的連接盤24/44，所述T形夾持封頭21/41內(nèi)沿軸向形成有中心油道25/45，所述中心油道25/45位于錐形夾緊塊22/42—端的端口內(nèi)用于插入被測薄壁圓管I的前端口或后端口，所述T形夾持封頭21/41的圓柱形結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成有與所述的中心油道25/45相連通的用于連接輸油管或堵絲的油口 26/46。
[0033]所述T形夾持封頭21/41的連接盤24/44內(nèi)繞所述的中心油道25/45的圓周形成有一圈密封槽，所述密封槽內(nèi)設(shè)置有用于使測薄壁圓管I與所述的T形夾持封頭21/41密封配合的密封圈27/47。所述T形夾持封頭21/41的連接盤24/44上沿圓周方向形成有4個用于與所述的前法蘭3或后法蘭5固定連接的通孔28/48。
[0034]如圖2所示，所述的前法蘭3和后法蘭5結(jié)構(gòu)相同，均包括有沿軸向形成貫通的用于嵌入所述錐形夾緊塊22/42的錐體嵌入孔31/51，以及沿所述錐體嵌入孔31/51外周形成的與T形夾持封頭21/41的連接盤24/44上的通孔28/48相對應(yīng)的用于連接螺栓6的螺紋孔32/52，其中，所述的錐體嵌入孔31/51在位于所述連接盤24/44—側(cè)的直徑大于遠離連接盤24/44 一側(cè)的直徑。
[0035]如圖3所示，所述的錐形夾緊塊22/42是由兩個結(jié)構(gòu)完全相同的半錐形結(jié)構(gòu)221/421對接構(gòu)成，所述半錐形結(jié)構(gòu)221/421的中心沿軸向形成有能夠卡入所述被測薄壁圓管I的半圓形凹槽222/422，所述對接的兩個半錐形結(jié)構(gòu)221/421通過嵌入在前法蘭3或后法蘭5的錐體嵌入孔31/51內(nèi)而夾緊被測薄壁圓管I。所述的半圓形凹槽222/422的槽面上向外凸出的形成有能夠使被測薄壁圓管I與所述的錐形夾緊塊22/42增大摩擦力的凸紋223/423。
[0036]如圖4所示，所述的用于支撐被測薄壁圓管I端部的空心抗壓管23/43內(nèi)沿軸向形成有一端與所述被測薄壁圓管I相連通另一端與所述T形夾持封頭21/41的中心油道25/45相連通的油路231/431。所述的空心抗壓管23/43在被測薄壁圓管I內(nèi)，一端的端面與所述被測薄壁圓管I的端面對齊，另一端的端面與錐形夾緊塊22/42的錐端面對齊，防止錐形夾緊塊22/42將被測薄壁圓管I壓損。
[0037]本實用新型的軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具工作時，首先在被測薄壁圓管兩端分別插入空心抗壓管，然后分別用錐形夾緊塊夾住被測薄壁圓管兩端;再將已夾住被測薄壁圓管兩端的錐形夾緊塊分別插入到前法蘭和后法蘭的錐體嵌入孔內(nèi)，并通過螺栓將插入有錐形夾緊塊的前法蘭和后法蘭固定連接在所對應(yīng)的前端夾緊機構(gòu)或后端夾緊機構(gòu)中的T形夾持封頭上，其中，在前端夾緊機構(gòu)的T形夾持封頭的油口上連接與送油栗相連的油管，在后端夾緊機構(gòu)的油口上連接用于封閉所述油口的堵絲，就可以對被測薄壁圓管進行測試。
【主權(quán)項】
1.一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，包括有:前端夾緊機構(gòu)(2)，通過一個前法蘭(3)連接被測薄壁圓管(1)，用于夾緊被測薄壁圓管(I)的前端口，并向被測薄壁圓管(I)導(dǎo)入液壓油或氣壓;后端夾緊機構(gòu)(4)，通過一個后法蘭(5)連接被測薄壁圓管(1)，用于夾緊被測薄壁圓管(I)的后端口，并確保在測試狀態(tài)封住被測薄壁圓管(I)的液壓油出口端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述的前端夾緊機構(gòu)(2)和后端夾緊機構(gòu)(4)結(jié)構(gòu)相同，均包括有由圓盤結(jié)構(gòu)(a)、圓柱形結(jié)構(gòu)(b)和夾持端頭(c)沿軸線依次設(shè)置一體形成的T形夾持封頭(21/41)、位于T形夾持封頭(21/41)的圓盤結(jié)構(gòu)一端用于夾緊被測薄壁圓管(I)的錐形夾緊塊(22/42)和嵌入在所述被測薄壁圓管(I)的端口內(nèi)用于支撐被測薄壁圓管(I)端部的空心抗壓管(23/43)，其中，所述錐形夾緊塊(22/42)嵌入在所述前法蘭(3)或后法蘭(5)內(nèi)，所述T形夾持封頭(21/41)的圓盤結(jié)構(gòu)構(gòu)成與所述前法蘭(3)或后法蘭(5)通過螺栓(6)固定連接的連接盤(24/44)，所述T形夾持封頭(21/41)內(nèi)沿軸向形成有中心油道(25/45)，所述中心油道(25/45)位于錐形夾緊塊(22/42)—端的端口內(nèi)用于插入被測薄壁圓管(I)的前端口或后端口，所述T形夾持封頭(21/41)的圓柱形結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上形成有與所述的中心油道(25/45)相連通的用于連接輸油管或堵絲的油口(26/46)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述T形夾持封頭(21/41)的連接盤(24/44)內(nèi)繞所述的中心油道(25/45)的圓周形成有一圈密封槽，所述密封槽內(nèi)設(shè)置有用于使測薄壁圓管(I)與所述的T形夾持封頭(21/41)密封配合的密封圈(27/47)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述T形夾持封頭(21/41)的連接盤(24/44)上沿圓周方向形成有4個用于與所述的前法蘭(3)或后法蘭(5)固定連接的通孔(28/48)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述的前法蘭(3)和后法蘭(5)結(jié)構(gòu)相同，均包括有沿軸向形成貫通的用于嵌入所述錐形夾緊塊(22/42)的錐體嵌入孔(31/51)，以及沿所述錐體嵌入孔(31/51)外周形成的與T形夾持封頭(21 /41)的連接盤(24/44 )上的通孔(28/48 )相對應(yīng)的用于連接螺栓(6 )的螺紋孔(32/52)，其中，所述的錐體嵌入孔(31/51)在位于所述連接盤(24/44)—側(cè)的直徑大于遠離連接盤(24/44)—側(cè)的直徑。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述的錐形夾緊塊(22/42)是由兩個結(jié)構(gòu)完全相同的半錐形結(jié)構(gòu)(221/421)對接構(gòu)成，所述半錐形結(jié)構(gòu)(221/421)的中心沿軸向形成有能夠卡入所述被測薄壁圓管(I)的半圓形凹槽(222/422)，所述對接的兩個半錐形結(jié)構(gòu)(221/421)通過嵌入在前法蘭(3)或后法蘭(5)的錐體嵌入孔(31/51)內(nèi)而夾緊被測薄壁圓管(I)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述的半圓形凹槽(222/422)的槽面上向外凸出的形成有能夠使被測薄壁圓管(I)與所述的錐形夾緊塊(22/42)增大摩擦力的凸紋(223/423)。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述的用于支撐被測薄壁圓管(I)端部的空心抗壓管(23/43)內(nèi)沿軸向形成有一端與所述被測薄壁圓管(I)相連通另一端與所述T形夾持封頭(21/41)的中心油道(25/45)相連通的油路(231/431)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種軸向與內(nèi)壓復(fù)合載荷作用下薄管專用夾具，其特征在于，所述的空心抗壓管(23/43)在被測薄壁圓管(I)內(nèi)，一端的端面與所述被測薄壁圓管(I)的端面對齊，另一端的端面與錐形夾緊塊(22/42)的錐端面對齊。
【文檔編號】G01N3/04GK205426653SQ201521054342
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年12月15日
【發(fā)明人】陳剛, 張旭, 陳旭
【申請人】天津大學(xué)