外文翻译--振动故障分析中的微动磨损轴模拟器 中文版

1 英文翻译译文 振动故障分析中的微动磨损轴模拟器 Young-Ho Lee *, Jae-Yong Kim, Hyung-Kyu Kim 韩国原子能研究所， 150 Dukjin-dong, Yuseong-gu, Daejeon 305-353,，出版于韩国。 文章信息 文章历史：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，微动磨损模拟器的开发，以评估微动磨损行为在高温和高压（高温高压）水条件的核部件。经过 500h 后的测试，但是，两个振动中 4 人骨折，其 中轴被连接到一个试样座使用螺栓夹具。断裂表面研究同时使用光学显微镜（ OM）和扫描电子显微镜（ SEM）来确定未能启动和故障模式。据发现，在一开始的失败接触区域之间的振动轴与夹具的燃料棒持有者和疲劳裂纹虽然它是传播很难证明这一点得出结论，由于重氧化断裂面。近地点的失败，但是，螺纹孔受到反复加载到一个事实，即由于持有的试样夹具进行了圆周运动模拟一个振动的议案。这表明，轴振动故障导致从腐蚀疲劳现象的原因进行了微动测试在高温度（ 320 C）和蒸馏水加压（ 15 兆帕）的条件。本文这次的失败和断裂机理，揭示和讨论的原因利用 光学显微镜和扫描电镜表面的失败结果和接触应力分析地区之间的振动轴与试样座夹具。最后，上述结果被应用到振动轴的设计变更 . 2008 年爱思唯尔版权所有 1简介 机械结构的材料在极端环境退化破坏现象经常在各种行业 中被 报告。这些例子之一，是核电厂（核电站）。一般而言，核电厂的运作 在 高温度（ 320 丙），压水（ 15 MPa）和放射性环境。 这种状况 在 材料降解过程 中 必然导致如腐蚀，疲劳，辐照脆化，蠕变等 现象 。另一严重 的 结构材料的降解情况被称为由于 主副 冷却剂 导致的 流激振动相对细长结构（ FIV），它在微动细长的损害结果之间快 速流动速度结构及其支持结构。这些种类的微动 已经 损伤主要成分如对核电站的核燃料棒，蒸汽发生器（ SG）的管和控制棒 1。在这些项目中，我们实验室以研究和开发微动磨损机制和无缺陷的燃料组件（法）， 对核燃料棒微动磨损现象进行调查，一般来说， 燃料组件 由 若干 16x17 或 17x 16 的 核燃料棒 组成 ，其中外径 9.5 毫米， 0.6 毫米壁厚 ， 约 1 4 米长度。由于受主冷却剂的 FIV的现象，这些细长的燃料棒可以很容易地震动，因此，他们是几 个 格架结构，如图 1 所示的支持。每间隔电网结构单元由两个弹簧 和 4 个韧窝 。因此，核燃料棒依赖于一 定 量的 的 弹簧来保证 它的形状和刚度。根据一项在高温条件下核电站运行 的资料， 由于弹簧放松 ， 燃料之间的接触力 杆和弹簧 /韧窝 正逐渐下降，此外， 由于 发车间弹簧 /韧窝 辐照脆化 ， 弹簧刚度也逐渐增加 。 尽管 弹簧 是运作在其最初的 阶段 ， 但 对接触面比较小幅度下滑燃料棒是不可避免的产生 。 下一个严重的 FIV 条件 ， 接触力正逐步下降，最后，打开了一个缺口。该微动磨损模式可以改变，由随滑动磨损营运的撞击磨损手段时间 决定 。另一个重要的一点是，由于一个接触条件变化的燃料棒 ， 核燃料棒的振动特性也发生了 2 变化 。 因此，研究核燃料微动磨损机理棒核电站的运 行条件是相当困难的 。 Y.-H. Lee 等人。 /工程失效分析 16（ 2009） 1238-1244 1239 图 1 一个核燃料组件， 16x16 或 17x 17 燃料棒，并组成若干格架组装示意图 一 台 微动磨损试验机（ FRETONUS， FRTtting 核系统测试仪）的高温高压水条件垂直类型发展以评估核部件微动磨损性能 2。经过 500h 后的测试，但是，两个振动其中有四个轴断裂，其中连接到试样座使用，如图 2 所示螺栓夹具。有必要评估其失败的原因，以及改善振动轴的设计，长期试验以确认可靠性微动磨损。在这项研究中，对于失败和断裂机制的原因，揭示并讨论了利用光学显微镜和扫描电镜对振动轴断口微维氏硬度和测量应力分析的结果。最后，上述结果应用到振动轴的设计变更 中去。 3 图 2 在高温高压水条件试验 500h 后， 振动棒试样座轴与夹具和振动轴之间 断裂的组装方法示意图 2。断口分析 2.1 光学显微镜观察 振动轴是一个传统的高碳马氏体不锈钢 做 出（技能提升计 440C），用于广泛的工具或刀片在相对腐蚀性气体使用 3。材料的化学成分和力学性能列于表 1。图 3 显示了对振动轴断裂面 分析 的结果。由于高温高压的条件下，断裂表面氧化严重，而且很难通过光学显微镜观察金相获得证明。然而，预计该故障是在一轴和振动之间的接触区，因为这两个部分是通过使用一个如图 2 所示螺栓装配在微动磨损测试中， 4 轴的振动回 旋 在轴向方向为 200 m， 频率 30 赫兹， 在一个 90 度角 的 排列执行器 上 。要生成一个圆周运动对燃料棒样本是作为一个实际经营核电站的燃料杆振动仿真视为保守，该执行器的两个信号波形正弦震动相位差设置为 90 度，如图 4 所示。试样的燃料棒振动 的 圆周运动，与燃油棒振动槽夹具持有人的接触区预计经历疲劳载荷。一般来说，如果是结构材料的疲劳加载条件下裂隙 ， 条纹痕迹是明显的疲劳破坏可以找到证据表面上很容易断裂，。但是用扫描电镜 对 氧化振动轴断裂面进行了洗牙检查，可以预期没有任何痕迹的条纹，消除氧化过程（如酸洗）。 2.2 硬度变化 SEM 观察之前，有必要审查振动轴力学性能的变化，因为它被暴露在高温 高压水条件在500h 后测试。因此，一个轴断裂的振动微维氏硬度测量，其结果如图 5 所示。很明显，微维氏硬度值根据振动轴暴露温度增加。这一结果符合很好地与回火温度体外对力学性能的 SUS 440C 4。在这项研究中，高碳马氏体不锈钢有可能保留大量的未转奥氏体。据认为，可能会出现延迟转变温度波动在几个微动磨损试验，因为在 320 度的条件下实验 500 h 测试振动轴的材料对纾解压力的影响甚微。此外，它有可能 发生 氢脆 现象影响 4 其塑性。就是 在热处理 中导致 马氏体不锈钢含有 的 氢 元素以 蒸馏水 的形式散发 。 化学成分（重量） C Mn Si P S Cr Mo Fe 1.0 1.0 1.0 0.04 0.03 17 0.75 Bal 机械性 能 屈服强度 抗拉强度 伸长率 弹性模量 密 度 泊松比 1280 Mpa 1750 Mpa 4% 200 Gpa 7.8g/cm 0.3 图 3 奥姆结果为振动轴断裂面：箭头指示的预期裂纹萌生区域。 Y.-H. Lee 等人。 /工程失效分析 16（ 2009） 1238 年至 1244 年 5 图 4 通过使用两个驱动电磁在 FRETONUS：注意执行器，该议案是善变的燃料 棒由燃料棒机制调整振动的振幅和相位两个驱动器之间的差异。 图 5 测量结果的微维氏硬度根据暴露温度的振动轴。 2.3 SEM 结果 图 .6 显示了用电 子显微镜 镜扫描 的 断口形貌。 很明显，断裂面几乎覆盖 了 氧化物，这是很 难以察觉的痕迹，如条纹的疲劳破坏的证据。从仔细 观察 结果，条纹痕迹出现 在 外表面。 另外，裂纹扩展跟踪被发现 振动轴与夹具的燃料棒 之间 ，即使其特点不能确定接触区 由于在高温高压水条件严重氧化。 有趣的结果之一是，撞击磨痕出现在振动轴断裂面。这一结果意味着，影响两者之间的磨损断裂 表面因为 断裂 振动轴不断 来回 运动 ， 无轴驱动器故障。 因此，预计疲劳条纹痕迹已经消失，被覆盖受冲击磨损议案和磨损碎片严重氧化，分别。因此，振动轴故障预计将发起一个在接触区域的接触疲劳的接触力，然后由 boltscrew 的压力，将逐渐减少。此时，初始裂纹扩展逐渐迟缓和接触条件轴之间的振动和燃料棒 之间 将改为夹具，如图 7 所 示 。因此，有必要审查 通过使用新的裂纹应力分析，这可能验证了该振动轴的最大应力区 在一个圆周运动 的启动区 。 3 应力分析 为了分析轴的振动的应力分布，在新的裂缝 进行了 有限元模型 分析 ，直径 10 毫米，长度 233.5 毫米通过使用商用三维 建模， SolidEdge 创建 如图 9 所示。 气缸的约束在左侧位移为 0.2 毫米， 在右边 与连通区域 电磁致动器是固定的。 4 个节点的线性四面体分子的振动轴的有限元模型中使用包括约 10,100 47,200 节点和元素。所使用的弹性模量，屈服强度，密度和泊松 比 提升计划 440C 比例列于表。 1。商业代码， ABAQUS 的标准版本。 6.6-3 5，是 使用后处理的模式，以计算出振动轴冯 - Mises 应力。 在振动轴冯 - Mises 应力分布表明，高浓度的压力在目前的螺纹孔和边缘作为如图 9 所示侧外表面。特别是，面对经横向应力的 大小约 640 兆帕斯卡。 该值是对振动轴的屈服应力的一半。据认为，这 是 高应力集中 受诸多因素影响的有限元分析保守的边界条件。 因此， 电镜扫 6 描观测揭示了 应激的立场 浓度与裂缝产生痕迹 的关系 。 根据这一结果， 修改振动轴的设计，以减少接触面之间的应力集中 ，增加疲劳寿命周期。 4 摘要 使用电子显微镜扫描有机物的微维氏硬度和有限元分析 来 调查模拟器中的微动磨损轴振动故障原因 。 由于大量氧化断口以及两者之间的断裂面磨损冲击失败后，很难利用光学显微镜观察获得金相证明 然而，失败是预期开始在振动轴之间的接触区和燃料棒夹具持有人的疲劳载 荷条件下。轴的振动故障，预计将在启动接触疲劳在接触区域的接触力，然后由一个螺栓螺钉的压力，将逐渐减少。后初始裂纹扩展逐渐迟缓，对在新的裂纹萌生接触条件的结果改变一个侧面 外表面。从有限元分析结果 ， 扫描电镜观测显示了在应力集中的位置与裂缝产生良好的痕迹。在此基础上修改对振动轴的设计，以减少应力之间的接触面和它的螺纹孔大小的降低，增加疲劳寿命 鸣谢 这项研究下进行核研发计划 的韩国 科学技术部 参考 文献 1 费舍尔新泽西州，韦克韦特旺角，格兰迪森大雨，科特纳姆骨髓。微动磨损的锆合金。 Nucl 工程德 2002 年 ； 213:79-90。 2 金港币，李一汇， Ryew 平方米，金甲烷，金荣誉勋章。发