[發明專利]一種測量螺栓自行松脫的試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201910910440.3
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110715798B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 朱幼君;丁多亮;趙勇
• 申請（專利權）人: 上海發電設備成套設計研究院有限責任公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M7/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明涉及一種測量螺栓自行松脫的試驗裝置及試驗方法，屬于核電設備抗震試驗裝置技術領域。試驗裝置包括外部框架、第一夾持板、第二夾持板、壓力傳感器、水平彈簧和豎直彈簧；第一夾持板、第二夾持板和連接的彈簧組合成一柔性夾具；該裝置與地震試驗臺配合使用，解決現有試驗裝置無法實現地震載荷加載幅值和頻率連續改變或多方向同時加載的問題。螺栓采用柔性夾具安裝，夾具設計依據不同的響應放大要求，可以模擬核電設備上不同位置的加速度放大效應，進而可以測試核電設備上不同位置螺栓松動情況。該裝置及方法可用于開展核電設備地震載荷下螺栓連接測試，對于核電設備螺栓優化防松設計意義重大。

技術領域

本發明涉及一種測量螺栓自行松脫的試驗裝置及試驗方法，屬于核電設備抗震試驗技術領域。

背景技術

螺栓連接是核電設備最常用的結構連接形式。在地震工況下，螺栓的“自行松脫”是螺栓最常見失效模式之一。自行松脫是指，在一定的載荷條件下，螺栓和螺母由于自鎖力矩降低而產生相對轉動，螺栓預緊力減小到使螺栓喪失正常工作性能，甚至完全分離。地震工況下的自行松脫會造成核電設備結構的力與運動的失效、密封泄漏等故障發生，可使核電設備失去正常功能，引發重大事故，帶來巨大損失。

螺栓在地震載荷下是否會產生自行松脫，目前理論計算無法判斷，需要通過試驗手段進行測試。研究表明，引起螺栓連接松動的載荷包括垂直于軸向的橫向載荷、沿螺栓軸向的扭矩、垂直于螺栓軸向的扭矩、沿螺栓軸向的拉應力等多方向的力和力矩作用。當施加的外界載荷過大，螺栓上的應力超過其材料屈服強度發生塑性變形，就有可能發生松動。這種塑性變形既可以是單次大載荷引起的材料屈服，也可以是在循環載荷作用下材料屬性應變的循環累積。螺栓連接結構在地震載荷下的失效機理復雜，無法通過理論計算判讀。實際工程中，為保證核電廠核安全級設備在地震載荷下保持結構完整性并執行其安全相關功能，核安全級設備都需要通過地震模擬試驗。現有的螺栓松脫測試試驗裝置及方法，還無法模擬地震工況。目前采用的測量螺栓松動的試驗裝置為橫向載荷作用下的緊固件橫向振動試驗臺，如參照GB/T 10431-2008建設的試驗臺用于測定緊固件橫向振動下的防松性能，僅能施加單方向載荷，無法實現三個軸向六個自由度載荷變化，且試驗臺無法實現加載幅值和頻率的連續改變，加載能力有限，加載頻率較低，不能滿足地震載荷下連接螺栓防松性能測試的要求。另外，由于設備不同部位剛度差別較大，常常會有設備剛性較差部位連接螺栓在地震工況下的加速度響應遠遠超過地震試驗臺臺面輸入極限的情況，因而也無法單獨進行螺栓松脫測試試驗。因此本技術領域需要一種能模擬地震狀況下，測試在地震載荷作用下核電設備螺栓自行松脫的試驗裝置及試驗方法。

發明內容

本發明的目的是為解決目前沒有合適的試驗裝置及試驗方法測試在地震載荷作用下核電設備螺栓自行松脫情況的技術問題。

為達到解決上述問題的目的，本發明所采取的技術方案是提供一種測量螺栓自行松脫的試驗裝置，其特征在于：包括外部框架、第一夾持板、第二夾持板、壓力傳感器、水平彈簧和豎直彈簧；外部框架為一立方體形的鋼構框架，外部框架的六個面組成一立方體的六個面；所述的立方體中央設有第一夾持板和第二夾持板，第一夾持板與第二夾持板為正方形板狀結構；第一夾持板與第二夾持板通過螺栓連接，第一夾持板與第二夾持板板面與地平面平行；第二夾持板垂直于地平面的四個組成正方形的端面上設有水平彈簧，水平彈簧連接于外部框架的相對應的四個面，第一夾持板板面中央設有豎直彈簧與相對應的外部框架的頂面連接；第二夾持板板面中央設有豎直彈簧與相對應的外部框架的底面連接。

優選地，所述的第一夾持板與第二夾持板上設有螺栓孔，第一夾持板、第二夾持板和連接的彈簧組合成一柔性夾具。

優選地，所述的水平彈簧和豎直彈簧通過改變彈簧自身簧絲直徑、彈簧中徑和節距的彈簧尺寸參數，改變彈簧剛度和基礎頻率。

優選地，所述的壓力傳感器與待測螺栓連接后固定于第一夾持板與第二夾持板上設有螺栓孔中；緊貼待測螺栓設有加速度傳感器。

本發明還提供一種測量螺栓自行松脫的試驗方法，包括如下步驟：