外文翻譯--振動故障分析中的微動磨損軸模擬器 中文版

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

2、 Dukjin-dong, Yuseong-gu, Daejeon 305-353,，出版于韓國。</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，微動磨損模擬器的開發(fā)，以評估微動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500h后的測試，但是，兩個振動中4人骨折，其中軸被連接到一個試樣座使用螺栓夾具。斷裂表面研究同時使用光學(xué)顯微鏡（OM）和掃描電子顯微鏡（SEM）來確定未能啟動和故障模式。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在一開始的失敗接觸區(qū)域之間的振動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得出結(jié)論，由于重氧化斷裂面。近地點的失敗，但是，螺紋孔受到反復(fù)加載到一個事實，即由于持有的試樣夾具進行了圓周運動模擬一個振動的議案。這表

4、明，軸振動故障導(dǎo)致從腐蝕疲勞現(xiàn)象的原因進行了微動測試在高溫度（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)之間的振動軸與試樣座夾具。最后，上述結(jié)果被應(yīng)用到振動軸的設(shè)計變更.</p><p>　　2008年愛思唯爾版權(quán)所有</p><p><b>　　1。簡介</b><

5、;/p><p>　　機械結(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)中被報告。這些例子之一，是核電廠（核電站）。一般而言，核電廠的運作在高溫度（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為由于主副冷卻劑導(dǎo)致的流激振動相對細(xì)長結(jié)構(gòu)（FIV），它在微動細(xì)長的損害結(jié)果之間快速流動速度結(jié)構(gòu)及其支持結(jié)構(gòu)。這些種類的微動已經(jīng)

6、損傷主要成分如對核電站的核燃料棒，蒸汽發(fā)生器（SG）的管和控制棒[1]。在這些項目中，我們實驗室以研究和開發(fā)微動磨損機制和無缺陷的燃料組件（法），對核燃料棒微動磨損現(xiàn)象進行調(diào)查，一般來說，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米長度。由于受主冷卻劑的FIV的現(xiàn)象，這些細(xì)長的燃料棒可以很容易地震動，因此，他們是幾個格架結(jié)構(gòu)，如圖1所示的支持。每間隔電網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元由兩個彈簧和4個韌

7、窩。因此，核燃料棒依賴于一定量的的彈簧來保證它的形狀和剛度。根據(jù)一項在高溫條件下核電站運行的資料，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>　　一臺微動磨損試驗機（FRETONUS，F(xiàn)RTtting核系統(tǒng)測試儀）的高溫高壓水條件垂直類型發(fā)展以評估核部件微動磨損性能[2]。經(jīng)過500h后的測試，但是，兩個振動其中有四個軸斷裂，其中連接到試樣座使用，如圖2所示螺栓夾具。有必要評估其失敗的原因，以及改善振動軸的設(shè)計，長期試驗以確認(rèn)可靠性微動磨損。在這項研究中，對于失敗和斷裂機制的原因，揭示并討論了利用光學(xué)顯微鏡

10、和掃描電鏡對振動軸斷口微維氏硬度和測量應(yīng)力分析的結(jié)果。最后，上述結(jié)果應(yīng)用到振動軸的設(shè)計變更中去。</p><p>　　圖2在高溫高壓水條件試驗500h后，振動棒試樣座軸與夾具和振動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、振動軸是一個傳統(tǒng)的高碳馬氏體不銹鋼做出（技能提升計440C），用于廣泛的工具或刀片在相對腐蝕性氣體使用[3]。材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能列于表1。圖3顯示了對振動軸斷裂面分析的結(jié)果。由于高溫高壓的條件下，斷裂表面氧化嚴(yán)重，而且很難通過光學(xué)顯微鏡觀察金相獲得證明。然而，預(yù)計該故障是在一軸和振動之間的接觸區(qū)，因為這兩個部分是通過使用一個如圖2所示螺栓裝配在微動磨損測試中，4軸的振動回旋在軸向方向為± 200μm，頻率30赫茲，在一個

12、90度角的排列執(zhí)行器上。要生成一個圓周運動對燃料棒樣本是作為一個實際經(jīng)營核電站的燃料桿振動仿真視為保守，該執(zhí)行器的兩個信號波形正弦震動相位差設(shè)置為90度，如圖4所示。試樣的燃料棒振動的圓周運動，與燃油棒振動槽夾具持有人的接觸區(qū)預(yù)計經(jīng)歷疲勞載荷。一般來說，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，。但是用掃描電鏡對氧化振動軸斷裂面進行了洗牙檢查，可以預(yù)期沒有任何痕跡的條紋，消除氧化過程（如酸

13、洗）。</p><p><b>　　2.2 硬度變化</b></p><p>　　SEM觀察之前，有必要審查振動軸力學(xué)性能的變化，因為它被暴露在高溫高壓水條件在500h后測試。因此，一個軸斷裂的振動微維氏硬度測量，其結(jié)果如圖5所示。很明顯，微維氏硬度值根據(jù)振動軸暴露溫度增加。這一結(jié)果符合很好地與回火溫度體外對力學(xué)性能的SUS 440C [4]。在這項研究中，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，可能會出現(xiàn)延遲轉(zhuǎn)變溫度波動在幾個微動磨損試驗，因為在320度的條件下實驗500 h測試振動軸的材料對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>　　機械性能&l

15、t;/b></p><p>　　圖3奧姆結(jié)果為振動軸斷裂面：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 通過使用兩個驅(qū)動電磁在FRETONUS：注意執(zhí)行器，該議案是善變的燃料棒由燃料棒機制調(diào)整振動的振幅和相位兩個驅(qū)動器之間的差異。</p>

16、<p>　　圖5 測量結(jié)果的微維氏硬度根據(jù)暴露溫度的振動軸。</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，裂紋擴展跟蹤被發(fā)現(xiàn)振動軸與夾具的燃料棒之間，即使其特點不能確定接觸區(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為斷裂振動軸不斷來回運動，無軸驅(qū)動器故障。因此，預(yù)計疲勞條紋痕跡已經(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，振動軸故障預(yù)計將發(fā)起一個在接觸區(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，初始裂紋擴展逐漸遲緩和接觸條件軸之間的振動和燃料棒之間將改為夾具，如圖7所示。因此，有必要審查通過使用新的裂紋應(yīng)力分析，這可能驗證了該振動軸的最大應(yīng)力區(qū)

18、在一個圓周運動的啟動區(qū)。</p><p>　　3。應(yīng)力分析 為了分析軸的振動的應(yīng)力分布，在新的裂縫進行了有限元模型分析，直徑10毫米，長度233.5毫米通過使用商用三維建模，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)域電磁致動器是固定的。 4個節(jié)點的線性四面體分子的振動軸的有限元模型中使用包括約10,100 47,200節(jié)點和元素。所使用的彈性模量，屈服強度，密度和泊松

19、比提升計劃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，以計算出振動軸馮- Mises應(yīng)力。在振動軸馮- 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，面對經(jīng)橫向應(yīng)力的大小約 640兆帕斯卡。該值是對振動軸的屈服應(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，電鏡掃描觀測揭示了應(yīng)激的立場濃度與裂縫產(chǎn)生痕跡的

20、關(guān)系。根據(jù)這一結(jié)果，修改振動軸的設(shè)計，，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物的微維氏硬度和有限元分析來調(diào)查模擬器中的微動磨損軸振動故障原因。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)期開始在振動軸之間的接觸區(qū)

21、和燃料棒夾具持有人的疲勞載荷條件下。軸的振動故障，預(yù)計將在啟動接觸疲勞在接觸區(qū)域的接觸力，然后由一個螺栓螺釘?shù)膲毫?，將逐漸減少。后初始裂紋擴展逐漸遲緩，對在新的裂紋萌生接觸條件的結(jié)果改變一個側(cè)面 外表面。從有限元分析結(jié)果，掃描電鏡觀測顯示了在應(yīng)力集中的位置與裂縫產(chǎn)生良好的痕跡。在此基礎(chǔ)上修改對振動軸的設(shè)計，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>　　鳴謝這項研究下進行核研

22、發(fā)計劃的韓國科學(xué)技術(shù)部</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 費舍爾新澤西州，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，金榮譽勛章。發(fā)展垂直型高溫高壓微動磨損試驗機（FRETONUS）。時間：電力系統(tǒng)及其KSTL