一种适用于均匀金属薄壁管疲劳试验的增强试样的制作方法

本发明涉及一种用于均匀薄壁金属管疲劳试验的薄壁管试样。

背景技术：

目前，由于金属薄壁管具有非常优异的传热性能，已经广泛应用在核电、石化等重要的工业领域，如核电站蒸汽发生器传热管、超临界电站锅炉管等，但在流致振动等载荷作用下这些薄壁金属管易发生疲劳破坏，因此研究金属薄壁直管的疲劳行为与机理，更为准确地测量其疲劳性能，对这些关键设备的设计及安全运行具有重要意义；结构的疲劳评价常依据结构材料的疲劳寿命，多由标准疲劳试样(如圆形横截面试样、矩形横截面试样等)通过疲劳实验测得，在进行疲劳试验时，由于金属薄壁管试样所受横向压力的不连续性，不满足应力在试样均匀分布原则，将导致在试样的两端密封区域提前出现疲劳失效，这会影响在金属薄壁管材疲劳性能测量的准确性，而国内外尚无金属薄壁管疲劳行为与机理，更为准确地测量其疲劳性能数据的报道，研发出一种适用于均匀金属薄壁直管疲劳试验的增强试样是进行上述研究的首要条件。

技术实现要素：

本发明要解决现有的金属薄壁管在进行疲劳试验时试样的两端密封区域由于应力集中而提前出现疲劳失效、影响在金属薄壁管材疲劳性能测量的准确性的问题，提供一种适用于均匀金属薄壁管疲劳试验的增强试样。

本发明的技术方案是:

一种适用于均匀金属薄壁直管疲劳试验的增强试样，包括一个金属薄壁管，其特征在于：在金属薄壁管两端的被夹具夹持的位置向管内插入填充圆棒，通过灌胶将填充圆棒与金属薄壁直管固定，填充圆棒的直径与金属薄壁管的内径相等，同时在金属薄壁管中间段局部减薄金属薄壁管壁厚的一半，以解决金属薄壁管夹具夹持位置应力集中的问题；

填充圆棒伸入金属薄壁管的部分长度大于活动夹块与金属薄壁管的夹持接触部分的长度；填充圆棒伸入金属薄壁管的长度小于金属薄壁直管的长度的三分之一。

该增强试样相较于普通试样在疲劳试验时金属薄壁管两端夹具夹持的位置不存在应力集中现象或者减小应力集中现象，确保试样中间出现疲劳裂纹时夹具夹持的位置完好无损。

所述金属薄壁管试样两端夹具夹持的位置管内填充圆棒，所述圆棒与金属薄壁管试样之间灌胶固定，并且在金属薄壁管中间段局部减薄管壁厚的一半，为了保证实验强度要求，所述填充圆棒材料为铝合金，所述的新型填充圆棒金属薄壁管试样使用方法及用途与金属薄壁管使用方法及用途一致；

本发明的优点是:

(1)本发明提供一种适用于均匀金属薄壁直管疲劳试验的填充圆棒增强试样,该试样可以进行轴向拉压疲劳试验；

(2)本发明薄壁管设计精巧，实用性强，通过在增加金属薄壁管两端夹具夹持的位置管内填充圆棒，同时在金属薄壁管中间段局部减薄金属薄壁管壁厚的一半，因此金属薄壁管两端的疲劳强度得到加强，解决金属薄壁管通常在进行轴向拉压试验时管材两端比中间先产生疲劳裂纹的问题，以获得准确地疲劳实验数据。

附图说明

图1是本发明的试样夹持示意图；

图2是本发明的轴向剖视图；

图3是图1的a-a向剖视图；

图4a是实验前本发明的外观图。

图4b是实验后本发明的外观图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，。

本发明公开了一种适用于均匀金属薄壁管疲劳试验的增强试样，所述装置包括金属薄壁管4和填充圆棒3，试样夹持示意图如图1所示；金属薄壁管4中间段长度l4约为管长的三分之一段局部减薄金属薄壁管壁厚的一半，填充圆棒3通过灌胶填入并固定于金属薄壁管4中，并伸出来约10mm；活动夹块两套2夹在金属薄壁管两端，夹头1夹持这活动夹块；夹头1施加的应力，通过活动夹块2，加载到金属薄壁直管4两端；填充圆棒3缓解了活动夹块2对金属薄壁直管4的应力集中，保证了应力在试样均匀分布原则，避免疲劳实验中金属薄壁管两端比中间先产生疲劳裂纹的问题；填充圆棒3伸入金属薄壁管4的部分长度l2大于活动夹块2与金属薄壁管4的夹持接触部分的长度l3；填充圆棒3伸入金属薄壁管4的长度l2小于金属薄壁直管的长度l1的三分之一，试样的轴向剖视图如图2所示；填充圆棒3半径r2与金属薄壁直管4的半径r1相差1mm，以确保填充圆棒3可以塞入金属薄壁管4内，试样的a-a的截面图如图3所示。

实施例

在实施例中，在试样(1mm)两端夹持，并在管内填充圆棒，改善夹持效果，减小应力集中，将试样外表面磨掉0.5mm厚度，按升降法进行疲劳寿命试验，应力比均为的r＝-1，即等幅循环载荷，测定疲劳寿命。实验所用的疲劳机为岛津疲劳机，位移控制，位移幅度为0-0.024mm，经引伸计标定，试样应变幅度约为0.1％-0.5％，应变速率0.08％s^-1(对应加载频率为0.1hz)，疲劳失效判定条件设为峰值应力下降至最大峰值应力的75％。经过实验测试，在上述实验条件下，该金属薄壁管增强试样疲劳寿命为18300周。实验前后试样形貌见图4，试验后检查该试样，疲劳裂纹出现在试样标距段，且试样无弯曲变形。上述实施例足以证明该金属薄壁管增强试样简单可靠，可以满足金属薄壁管试样的疲劳试验测试要求。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

技术特征：

技术总结
一种适用于均匀金属薄壁管疲劳试验的增强试样,用于均匀薄壁金属直管疲劳试验，准确地获得金属薄壁直管疲劳实验数据。该试样在金属薄壁管的两端塞入填充圆棒，再灌胶将填充圆棒与金属薄壁管固定，并且在金属薄壁管中间段局部减薄管壁厚的一半，解决金属薄壁直管在进行疲劳试验时金属薄壁直管两端比中间先产生疲劳裂纹的问题，以获得准确地疲劳实验数据。

技术研发人员：李曰兵;田薇;周明珏;金伟娅;陈潇;何兴
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2018.10.16
技术公布日：2019.01.25