基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法技术

本发明专利技术公开了一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法，测试平台包括设置在中子谱仪样品台上的构件支架、转动主轴、第一推力圆柱滚子轴承、第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒、第二圆柱滚子轴承、套筒以及第一固定挡板。构件支架固定安装于中子谱仪样品台上，转动主轴通过固定主轴和第二固定挡板安装于构件支架上；转动主轴上由内向外依次套设安装第一推力圆柱滚子轴承、第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒以及第二圆柱滚子轴承，套筒套设在第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒、第二圆柱滚子轴承的外部，套筒上套设安装大型构件，第一固定挡板用于大型构件的横向限位。本发明专利技术可实现残余应力测试过程中大型构件的支撑、移动、转动、倾转及旋转。倾转及旋转。倾转及旋转。

【技术实现步骤摘要】
基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法


[0001]本专利技术涉及残余应力检测
，特别是涉及一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法。

技术介绍

[0002]残余应力是在无外力的情况下物体内部存在的保持自身相互平衡的应力系统。大型构件在凝固、变形热处理等制备成型过程中不仅发生了微观组织的演化，而且产生了应力场的局域变化，导致出现多尺度残余应力场；在加工与装配过程中可能导致多尺度应力场的重新分配并发生变形；而在服役过程中在外加交变载荷作用下，与多尺度残余应力场叠加的复杂应力状态会导致大型构件的局域损伤，最终导致部件失效及灾难性事故的发生。由此可见，残余应力贯穿于大型构件制备、加工、装配及使役的整个产业制造与使用的全链条过程中，其检测与评价至关重要。
[0003]残余应力检测技术包括有损检测技术和无损检测技术两大类。其中，有损检测技术包括钻孔法、切片法、轮廓法及深孔法等，这类技术通常需要去除部件部分或全部材料，记录由于材料去除后局部应力释放所导致周边区域的应变，从而反演出释放前该位置的残余应力大小。根据欧洲标准BS EN 13262:2020，高铁车轮大型构件轮辋部位的残余应力检测就是采用贴应变片+切片法，按照一定程序对车轮进行逐步切割，并通过应变片来获取逐步释放的应力分布。这类有损技术需要破坏高铁车轮，难以继续对该构件服役过程中的残余应力演变进行监测；此外，该方法所得残余应力不连续，难以准确获得三维的应力分布。无损检测技术包括超声波法、X射线衍射法和中子衍射法。超声波法是依靠超声波在不同应力状态下材质中传输的速率快慢差异来进行残余应力检测，该技术可探测毫米至米级深度的应力，然而其所得为平均应力、空间分辨率差，且容易受到组织的干扰。衍射法是应用最广泛、技术最成熟的残余应力无损检测技术，X射线衍射法和中子衍射法检测残余应力的原理相同：通过测量晶格间距变化计算原子间的应变，再根据胡克定律，由应变推算应力。X射线衍射法由于X射线对材料的穿透深度有限，仅能探测金属材料表面十几至百微米残余应力；而中子束可以穿透几十毫米的钢铁材料，可以检测大型构件深部的残余应力，通过控制中子束的取样体积至毫米级，最终可以无损获得大型构件深部、毫米级空间分辨的三维残余应力分布。因此，发展基于中子衍射的大型构件残余应力检测技术对于构件设计、研发及服役安全监测至关重要。
[0004]目前，可开展基于中子衍射的残余应力检测的装置包括反应堆中子源和散裂中子源的中子衍射谱仪，已报道了小尺寸试样、局部工程切割件的残余应力检测工作。然而，对于高铁车轮、航空涡轮盘等大型构件，往往存在残余应力，且经过切割后内部的残余应力会释放而导致测试结果出现偏差，如何对该类全尺寸大型构件进行安装、固定并采用中子衍射进行残余应力检测仍存在困难且尚无相关报道。因此，亟需开发基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法，基于现有反应堆中子源和散裂中子源的中子谱仪，开发专用的大型构件测试平台，便于大型构件安装和调试，满足大型构件深部残余应力分布的无损检测。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台，所述测试平台包括：中子谱仪样品台以及设置在中子谱仪样品台上的大型构件残余应力测试台架，所述大型构件残余应力测试台架包括构件支架、转动主轴、第一推力圆柱滚子轴承、第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒、第二圆柱滚子轴承、套筒以及第一固定挡板，所述构件支架固定安装于所述中子谱仪样品台上，所述转动主轴通过固定主轴和第二固定挡板安装于构件支架上，所述转动主轴和构件支架上设置有相配合的轴孔，所述固定主轴穿过所述轴孔，将所述转动主轴和构件支架连接在一起，所述第二固定挡板设置在所述固定主轴的端部；
[0008]所述转动主轴上由内向外依次套设安装所述第一推力圆柱滚子轴承、第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒以及第二圆柱滚子轴承，所述轴承间隙筒设置在所述第一圆柱滚子轴承和第二圆柱滚子轴承之间，用于调整两轴承间距；所述套筒套设在所述第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒、第二圆柱滚子轴承的外部，所述套筒上套设安装大型构件，所述第一固定挡板用于所述大型构件的横向限位，所述第一固定挡板的中心嵌设有第二推力圆柱滚子轴承，所述第二推力圆柱滚子轴承通过连接件固定安装在所述转动主轴上。
[0009]进一步的，所述中子谱仪样品台上还设置有两个辅助旋转装置，分别为第一辅助旋转装置和第二辅助旋转装置，所述第一辅助旋转装置和第二辅助旋转装置对称设置在所述转动主轴的两侧，并位于所述大型构件的下方。
[0010]进一步的，所述第一辅助旋转装置和第二辅助旋转装置的结构一致，均包括底座垫片以及设置在底座垫片上的辅助轴承，所述辅助轴承可转动安装在所述底座垫片上，且转动方向与所述大型构件一致，用于辅助实现大型构件的支撑及转动。
[0011]进一步的，所述连接件包括螺钉和螺钉套圈，所述螺钉穿设过所述第二推力圆柱滚子轴承的中心固定在所述转动主轴的中心，所述螺钉的螺帽与所述第二推力圆柱滚子轴承之间设置所述螺钉套圈。
[0012]进一步的，所述套筒的厚度范围为5～50mm。
[0013]进一步的，所述转动主轴可绕所述固定主轴转动，与所述中子谱仪样品台所在水平面形成的夹角范围为0～90
°
。
[0014]本专利技术还提供了一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台的试验方法，应用于上述的基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台，包括以下步骤：
[0015]S1，制备无应力试样；
[0016]S2，确定中子衍射测量参数并测量无应力试样；
[0017]S3，将大型构件固定于测试台架并安装于中子谱仪样品台上；
[0018]S4，设定大型构件测试路径，利用中子衍射测量大型构件；
[0019]S5，根据大型构件与无应力试样晶格间距的改变，导出弹性应变，计算残余应力。
[0020]进一步的，所述步骤S3，将大型构件固定于测试台架并安装于中子谱仪样品台上，具体包括：
[0021]根据大型构件的内径，选择合适厚度的套筒，将大型构件套设在套筒上；
[0022]然后，通过第一固定挡板和第二推力圆柱滚子轴承，将大型构件横向限位在转动主轴上，确保大型构件横向固定的同时能够自由地绕转动主轴转动。
[0023]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台及其试验方法，在中子谱仪样品台上设置大型构件残余应力测试台架，所述大型构件残余应力测试台架包括构件支架、转动主轴、第一推力圆柱滚子轴承、第一圆柱滚子轴承、轴承间隙筒、第二圆柱滚子轴承、套筒以及第一固定挡板，能够实现残余应力测试过程中大型构件的支撑、移动、转动、倾转及旋转，结构简单，安装操作方便；选用不同厚度的套筒，可装上不同内径的大型构件，实现同一种装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台，其特征在于，包括：中子谱仪样品台(1)以及设置在中子谱仪样品台(1)上的大型构件残余应力测试台架，所述大型构件残余应力测试台架包括构件支架(14)、转动主轴(12)、第一推力圆柱滚子轴承(11)、第一圆柱滚子轴承(10)、轴承间隙筒(9)、第二圆柱滚子轴承(8)、套筒(7)以及第一固定挡板(6)，所述构件支架(14)固定安装于所述中子谱仪样品台(1)上，所述转动主轴(12)通过固定主轴(15)和第二固定挡板(13)安装于构件支架(14)上，所述转动主轴(12)和构件支架(14)上设置有相配合的轴孔，所述固定主轴(15)穿过所述轴孔，将所述转动主轴(12)和构件支架(14)连接在一起，所述第二固定挡板(13)设置在所述固定主轴(15)的端部；所述转动主轴(12)上由内向外依次套设安装所述第一推力圆柱滚子轴承(11)、第一圆柱滚子轴承(10)、轴承间隙筒(9)以及第二圆柱滚子轴承(8)，所述轴承间隙筒(9)设置在所述第一圆柱滚子轴承(10)和第二圆柱滚子轴承(8)之间，用于调整两轴承间距；所述套筒(7)套设在所述第一圆柱滚子轴承(10)、轴承间隙筒(9)、第二圆柱滚子轴承(8)的外部，所述套筒(7)上套设安装大型构件(2)，所述第一固定挡板(6)用于所述大型构件(2)的横向限位，所述第一固定挡板(6)的中心嵌设有第二推力圆柱滚子轴承(5)，所述第二推力圆柱滚子轴承(5)通过连接件固定安装在所述转动主轴(12)上。2.根据权利要求1所述的基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台，其特征在于，所述中子谱仪样品台(1)上还设置有两个辅助旋转装置，分别为第一辅助旋转装置(17)和第二辅助旋转装置(18)，所述第一辅助旋转装置(17)和第二辅助旋转装置(18)对称设置在所述转动主轴(12)的两侧，并位于所述大型构件(2)的下方。3.根据权利要求2所述的基于中子衍射的大型构件残余应力测试平台，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽霞，王海舟，任立志，黄丹琪，赵雷，沈学静，李冬玲，刘宗鑫，朱长旺，王洋，贾云海，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：