外文翻譯--振動(dòng)故障分析中的微動(dòng)磨損軸模擬器 中文版

1、<p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　英文翻譯譯文</b></p><p>　　振動(dòng)故障分析中的微動(dòng)磨損軸模擬器</p><p>　　Young-Ho Lee *, Jae-Yong Kim, Hyung-Kyu Kim</p><p>　　韓國(guó)原子能研究所，150

2、 Dukjin-dong, Yuseong-gu, Daejeon 305-353,，出版于韓國(guó)。</p><p>　　文章信息文章歷史：收到于2008年7月11日 接受于2008年8月1日 公布于2008年8月15日 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　最近，微動(dòng)磨損模擬器的開(kāi)發(fā)，以評(píng)估微動(dòng)磨損行為在高溫和高

3、壓（高溫高壓）水條件的核部件。經(jīng)過(guò)500h后的測(cè)試，但是，兩個(gè)振動(dòng)中4人骨折，其中軸被連接到一個(gè)試樣座使用螺栓夾具。斷裂表面研究同時(shí)使用光學(xué)顯微鏡（OM）和掃描電子顯微鏡（SEM）來(lái)確定未能啟動(dòng)和故障模式。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在一開(kāi)始的失敗接觸區(qū)域之間的振動(dòng)軸與夾具的燃料棒持有者和疲勞裂紋雖然它是傳播很難證明這一點(diǎn)得出結(jié)論，由于重氧化斷裂面。近地點(diǎn)的失敗，但是，螺紋孔受到反復(fù)加載到一個(gè)事實(shí)，即由于持有的試樣夾具進(jìn)行了圓周運(yùn)動(dòng)模擬一個(gè)振動(dòng)的議案。這表

4、明，軸振動(dòng)故障導(dǎo)致從腐蝕疲勞現(xiàn)象的原因進(jìn)行了微動(dòng)測(cè)試在高溫度（320 C）和蒸餾水加壓（15兆帕）的條件。本文這次的失敗和斷裂機(jī)理，揭示和討論的原因利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡表面的失敗結(jié)果和接觸應(yīng)力分析地區(qū)之間的振動(dòng)軸與試樣座夾具。最后，上述結(jié)果被應(yīng)用到振動(dòng)軸的設(shè)計(jì)變更.</p><p>　　2008年愛(ài)思唯爾版權(quán)所有</p><p><b>　　1。簡(jiǎn)介</b><

5、;/p><p>　　機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料在極端環(huán)境退化破壞現(xiàn)象經(jīng)常在各種行業(yè)中被報(bào)告。這些例子之一，是核電廠(chǎng)（核電站）。一般而言，核電廠(chǎng)的運(yùn)作在高溫度（320丙），壓水（15 MPa）和放射性環(huán)境。這種狀況在材料降解過(guò)程中必然導(dǎo)致如腐蝕，疲勞，輻照脆化，蠕變等現(xiàn)象。另一嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)材料的降解情況被稱(chēng)為由于主副冷卻劑導(dǎo)致的流激振動(dòng)相對(duì)細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)（FIV），它在微動(dòng)細(xì)長(zhǎng)的損害結(jié)果之間快速流動(dòng)速度結(jié)構(gòu)及其支持結(jié)構(gòu)。這些種類(lèi)的微動(dòng)已經(jīng)

6、損傷主要成分如對(duì)核電站的核燃料棒，蒸汽發(fā)生器（SG）的管和控制棒[1]。在這些項(xiàng)目中，我們實(shí)驗(yàn)室以研究和開(kāi)發(fā)微動(dòng)磨損機(jī)制和無(wú)缺陷的燃料組件（法），對(duì)核燃料棒微動(dòng)磨損現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查，一般來(lái)說(shuō)，燃料組件由若干16x17 或17x 16的核燃料棒組成，其中外徑9.5毫米，0.6毫米壁厚，約1 4米長(zhǎng)度。由于受主冷卻劑的FIV的現(xiàn)象，這些細(xì)長(zhǎng)的燃料棒可以很容易地震動(dòng)，因此，他們是幾個(gè)格架結(jié)構(gòu)，如圖1所示的支持。每間隔電網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元由兩個(gè)彈簧和4個(gè)韌

7、窩。因此，核燃料棒依賴(lài)于一定量的的彈簧來(lái)保證它的形狀和剛度。根據(jù)一項(xiàng)在高溫條件下核電站運(yùn)行的資料，由于彈簧放松，燃料之間的接觸力桿和彈簧/韌窩正逐漸下降，此外，</p><p>　　Y.-H. Lee等人。 /工程失效分析16（2009）1238-1244 1239</p><p>　　Wénzhāng xìnxīWénzhāng lìshǐ:S

8、hōu dào 2008 nián 7 yuè 11 rìJiēshòu 2008 nián 8 yuè 1 rìZài wǎngshàng tígōng 2008 nián 8 yuè 15 rì</p><p>　　圖 1 一個(gè)核燃料組件，16x16或17x 17燃料

9、棒，并組成若干格架組裝示意圖</p><p>　　一臺(tái)微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)（FRETONUS，F(xiàn)RTtting核系統(tǒng)測(cè)試儀）的高溫高壓水條件垂直類(lèi)型發(fā)展以評(píng)估核部件微動(dòng)磨損性能[2]。經(jīng)過(guò)500h后的測(cè)試，但是，兩個(gè)振動(dòng)其中有四個(gè)軸斷裂，其中連接到試樣座使用，如圖2所示螺栓夾具。有必要評(píng)估其失敗的原因，以及改善振動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，長(zhǎng)期試驗(yàn)以確認(rèn)可靠性微動(dòng)磨損。在這項(xiàng)研究中，對(duì)于失敗和斷裂機(jī)制的原因，揭示并討論了利用光學(xué)顯微鏡

10、和掃描電鏡對(duì)振動(dòng)軸斷口微維氏硬度和測(cè)量應(yīng)力分析的結(jié)果。最后，上述結(jié)果應(yīng)用到振動(dòng)軸的設(shè)計(jì)變更中去。</p><p>　　圖2在高溫高壓水條件試驗(yàn)500h后，振動(dòng)棒試樣座軸與夾具和振動(dòng)軸之間斷裂的組裝方法示意圖</p><p><b>　　2。斷口分析</b></p><p>　　2.1 光學(xué)顯微鏡觀察</p><p>　　

11、振動(dòng)軸是一個(gè)傳統(tǒng)的高碳馬氏體不銹鋼做出（技能提升計(jì)440C），用于廣泛的工具或刀片在相對(duì)腐蝕性氣體使用[3]。材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能列于表1。圖3顯示了對(duì)振動(dòng)軸斷裂面分析的結(jié)果。由于高溫高壓的條件下，斷裂表面氧化嚴(yán)重，而且很難通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察金相獲得證明。然而，預(yù)計(jì)該故障是在一軸和振動(dòng)之間的接觸區(qū)，因?yàn)檫@兩個(gè)部分是通過(guò)使用一個(gè)如圖2所示螺栓裝配在微動(dòng)磨損測(cè)試中，4軸的振動(dòng)回旋在軸向方向?yàn)?#177; 200μm，頻率30赫茲，在一個(gè)

12、90度角的排列執(zhí)行器上。要生成一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)燃料棒樣本是作為一個(gè)實(shí)際經(jīng)營(yíng)核電站的燃料桿振動(dòng)仿真視為保守，該執(zhí)行器的兩個(gè)信號(hào)波形正弦震動(dòng)相位差設(shè)置為90度，如圖4所示。試樣的燃料棒振動(dòng)的圓周運(yùn)動(dòng)，與燃油棒振動(dòng)槽夾具持有人的接觸區(qū)預(yù)計(jì)經(jīng)歷疲勞載荷。一般來(lái)說(shuō)，如果是結(jié)構(gòu)材料的疲勞加載條件下裂隙，條紋痕跡是明顯的疲勞破壞可以找到證據(jù)表面上很容易斷裂，。但是用掃描電鏡對(duì)氧化振動(dòng)軸斷裂面進(jìn)行了洗牙檢查，可以預(yù)期沒(méi)有任何痕跡的條紋，消除氧化過(guò)程（如酸

13、洗）。</p><p><b>　　2.2 硬度變化</b></p><p>　　SEM觀察之前，有必要審查振動(dòng)軸力學(xué)性能的變化，因?yàn)樗槐┞对诟邷馗邏核畻l件在500h后測(cè)試。因此，一個(gè)軸斷裂的振動(dòng)微維氏硬度測(cè)量，其結(jié)果如圖5所示。很明顯，微維氏硬度值根據(jù)振動(dòng)軸暴露溫度增加。這一結(jié)果符合很好地與回火溫度體外對(duì)力學(xué)性能的SUS 440C [4]。在這項(xiàng)研究中，高碳馬氏體

14、不銹鋼有可能保留大量的未轉(zhuǎn)奧氏體。據(jù)認(rèn)為，可能會(huì)出現(xiàn)延遲轉(zhuǎn)變溫度波動(dòng)在幾個(gè)微動(dòng)磨損試驗(yàn)，因?yàn)樵?20度的條件下實(shí)驗(yàn)500 h測(cè)試振動(dòng)軸的材料對(duì)紓解壓力的影響甚微。此外，它有可能發(fā)生氫脆現(xiàn)象影響其塑性。就是在熱處理中導(dǎo)致馬氏體不銹鋼含有的氫元素以蒸餾水的形式散發(fā)。</p><p><b>　　化學(xué)成分（重量％）</b></p><p><b>　　機(jī)械性能&l

15、t;/b></p><p>　　圖3奧姆結(jié)果為振動(dòng)軸斷裂面：箭頭指示的預(yù)期裂紋萌生區(qū)域。</p><p>　　Y.-H. Lee等人。 /工程失效分析16（2009）1238年至1244年</p><p>　　圖4 通過(guò)使用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電磁在FRETONUS：注意執(zhí)行器，該議案是善變的燃料棒由燃料棒機(jī)制調(diào)整振動(dòng)的振幅和相位兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器之間的差異。</p>

16、<p>　　圖5 測(cè)量結(jié)果的微維氏硬度根據(jù)暴露溫度的振動(dòng)軸。</p><p>　　2.3。 SEM結(jié)果 圖.6顯示了用電子顯微鏡鏡掃描的斷口形貌。很明顯，斷裂面幾乎覆蓋了氧化物，這是很難以察覺(jué)的痕跡，如條紋的疲勞破壞的證據(jù)。從仔細(xì)觀察結(jié)果，條紋痕跡出現(xiàn)在外表面。另外，裂紋擴(kuò)展跟蹤被發(fā)現(xiàn)振動(dòng)軸與夾具的燃料棒之間，即使其特點(diǎn)不能確定接觸區(qū) 由于在高溫高壓水條件嚴(yán)重氧化。有趣的結(jié)果之一是，撞擊磨痕出現(xiàn)在

17、振動(dòng)軸斷裂面。這一結(jié)果意味著，影響兩者之間的磨損斷裂表面因?yàn)閿嗔颜駝?dòng)軸不斷來(lái)回運(yùn)動(dòng)，無(wú)軸驅(qū)動(dòng)器故障。因此，預(yù)計(jì)疲勞條紋痕跡已經(jīng)消失，被覆蓋受沖擊磨損議案和磨損碎片嚴(yán)重氧化，分別。因此，振動(dòng)軸故障預(yù)計(jì)將發(fā)起一個(gè)在接觸區(qū)域的接觸疲勞的接觸力，然后由boltscrew的壓力，將逐漸減少。此時(shí)，初始裂紋擴(kuò)展逐漸遲緩和接觸條件軸之間的振動(dòng)和燃料棒之間將改為夾具，如圖7所示。因此，有必要審查通過(guò)使用新的裂紋應(yīng)力分析，這可能驗(yàn)證了該振動(dòng)軸的最大應(yīng)力區(qū)

18、在一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的啟動(dòng)區(qū)。</p><p>　　3。應(yīng)力分析 為了分析軸的振動(dòng)的應(yīng)力分布，在新的裂縫進(jìn)行了有限元模型分析，直徑10毫米，長(zhǎng)度233.5毫米通過(guò)使用商用三維建模，SolidEdge創(chuàng)建 如圖9所示。氣缸的約束在左側(cè)位移為0.2毫米，在右邊與連通區(qū)域電磁致動(dòng)器是固定的。 4個(gè)節(jié)點(diǎn)的線(xiàn)性四面體分子的振動(dòng)軸的有限元模型中使用包括約10,100 47,200節(jié)點(diǎn)和元素。所使用的彈性模量，屈服強(qiáng)度，密度和泊松

19、比提升計(jì)劃440C比例列于表。 1。商業(yè)代碼，ABAQUS的標(biāo)準(zhǔn)版本。 6.6-3 [5]，是使用后處理的模式，以計(jì)算出振動(dòng)軸馮- Mises應(yīng)力。在振動(dòng)軸馮- Mises應(yīng)力分布表明，高濃度的壓力在目前的螺紋孔和邊緣作為如圖9所示側(cè)外表面。特別是，面對(duì)經(jīng)橫向應(yīng)力的大小約 640兆帕斯卡。該值是對(duì)振動(dòng)軸的屈服應(yīng)力的一半。據(jù)認(rèn)為，這是高應(yīng)力集中受諸多因素影響的有限元分析保守的邊界條件。因此，電鏡掃描觀測(cè)揭示了應(yīng)激的立場(chǎng)濃度與裂縫產(chǎn)生痕跡的

20、關(guān)系。根據(jù)這一結(jié)果，修改振動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，，以減少接觸面之間的應(yīng)力集中，增加疲勞壽命周期。</p><p><b>　　4。摘要</b></p><p>　　使用電子顯微鏡掃描有機(jī)物的微維氏硬度和有限元分析來(lái)調(diào)查模擬器中的微動(dòng)磨損軸振動(dòng)故障原因。由于大量氧化斷口以及兩者之間的斷裂面磨損沖擊失敗后，很難利用光學(xué)顯微鏡觀察獲得金相證明 然而，失敗是預(yù)期開(kāi)始在振動(dòng)軸之間的接觸區(qū)

21、和燃料棒夾具持有人的疲勞載荷條件下。軸的振動(dòng)故障，預(yù)計(jì)將在啟動(dòng)接觸疲勞在接觸區(qū)域的接觸力，然后由一個(gè)螺栓螺釘?shù)膲毫?，將逐漸減少。后初始裂紋擴(kuò)展逐漸遲緩，對(duì)在新的裂紋萌生接觸條件的結(jié)果改變一個(gè)側(cè)面 外表面。從有限元分析結(jié)果，掃描電鏡觀測(cè)顯示了在應(yīng)力集中的位置與裂縫產(chǎn)生良好的痕跡。在此基礎(chǔ)上修改對(duì)振動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，以減少應(yīng)力之間的接觸面和它的螺紋孔大小的降低，增加疲勞壽命 </p><p>　　鳴謝這項(xiàng)研究下進(jìn)行核研

22、發(fā)計(jì)劃的韓國(guó)科學(xué)技術(shù)部</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 費(fèi)舍爾新澤西州，韋克韋特旺角，格蘭迪森大雨，科特納姆骨髓。微動(dòng)磨損的鋯合金。 Nucl工程德2002年; 213:79-90。[2] 金港幣，李一匯，Ryew平方米，金甲烷，金榮譽(yù)勛章。發(fā)展垂直型高溫高壓微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)（FRETONUS）。時(shí)間：電力系統(tǒng)及其KSTL