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 英文翻譯譯文 振動(dòng)故障分析中的微動(dòng)磨損軸模擬器 Young-Ho Lee *, Jae-Yong Kim, Hyung-Kyu Kim 韓國原子能研究所， 150 Dukjin-dong, Yuseong-gu, Daejeon 305-353,，出版于韓國。 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 摘要 最近，微動(dòng)磨損模擬器的開發(fā)，以評(píng)估微動(dòng)磨損行為在高溫和高壓（高溫高壓）水條件的核部件。經(jīng)過 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）來確定未能啟動(dòng)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(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 . 2008 年愛思唯爾版權(quán)所有 1簡(jiǎn)介 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（核電站）。一般而言，核電廠的運(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(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)。這些種類的微動(dòng) 已經(jīng) 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)室以研究和開發(fā)微動(dòng)磨損機(jī)制和無缺陷的燃料組件（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(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(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， 由于 發(fā)車間彈簧 /韌窩 輻照脆化 ， 彈簧剛度也逐漸增加 。 盡管 彈簧 是運(yùn)作在其最初的 階段 ， 但 對(duì)接觸面比較小幅度下滑燃料棒是不可避免的產(chǎn)生 。 下一個(gè)嚴(yán)重的 FIV 條件 ， 接觸力正逐步下降，最后，打開了一個(gè)缺口。該微動(dòng)磨損模式可以改變，由隨滑動(dòng)磨損營(yíng)運(yùn)的撞擊磨損手段時(shí)間 決定 。另一個(gè)重要的一點(diǎn)是，由于一個(gè)接觸條件變化的燃料棒 ， 核燃料棒的振動(dòng)特性也發(fā)生了 2 變化 。 因此，研究核燃料微動(dòng)磨損機(jī)理棒核電站的運(yùn) 行條件是相當(dāng)困難的 。 Y.-H. Lee 等人。 /工程失效分析 16（ 2009） 1238-1244 1239 圖 1 一個(gè)核燃料組件， 16x16 或 17x 17 燃料棒，并組成若干格架組裝示意圖 一 臺(tái) 微動(dòng)磨損試驗(yàn)機(jī)（ FRETONUS， FRTtting 核系統(tǒng)測(cè)試儀）的高溫高壓水條件垂直類型發(fā)展以評(píng)估核部件微動(dòng)磨損性能 2。經(jīng)過 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。 3 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 2。斷口分析 2.1 光學(xué)顯微鏡觀察 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)?200 m， 頻率 30 赫茲， 在一個(gè) 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(duì) 氧化振動(dòng)軸斷裂面進(jìn)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（如酸洗）。 2.2 硬度變化 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?高壓水條件在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?320 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 4 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) 。 化學(xué)成分（重量） C Mn Si P S Cr Mo Fe 1.0 1.0 1.0 0.04 0.03 17 0.75 Bal 機(jī)械性 能 屈服強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 彈性模量 密 度 泊松比 1280 Mpa 1750 Mpa 4% 200 Gpa 7.8g/cm 0.3 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。 Y.-H. Lee 等人。 /工程失效分析 16（ 2009） 1238 年至 1244 年 5 圖 4 通過使用兩個(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。 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。 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(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)?斷裂 振動(dòng)軸不斷 來回 運(yùn)動(dòng) ， 無軸驅(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) 在一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng) 的啟動(dòng)區(qū) 。 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 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 6 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。 4 摘要 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 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)期開始在振動(dòng)軸之間的接觸區(qū)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 鳴謝 這項(xiàng)研究下進(jìn)行核研發(fā)計(jì)劃 的韓國 科學(xué)技術(shù)部 參考 文獻(xiàn) 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)