Испытания материалов на усталость при температурах жидкого азота

Внедрение: 2014 г.

Одна из основных задач исследований и разработок сверхпроводящих магнитов – определение механических и усталостных свойств конструкционных материалов и ответственных конструктивных элементов в криогенном температурном диапазоне. В данной статье [1] описывается новый объект, построенный на базе промышленной испытательной машины мощностью 1000 тонн (10 МН) Schenk PC10.0S (рисунок 1).

Специальное оборудование было разработано для проведения механических и циклических испытаний на усталость при растяжении крупногабаритных образцов при температуре жидкого азота и в заданном диапазоне нагрузок. Главной особенностью разработанной испытательной машины является криостат, в котором размещено устройство, преобразующее стандартное усилие сжатия испытательной машины в растягивающее усилие, действующее на исследуемом объекте. Система управления обеспечивает дистанционное управление тестированием и получение, обработку и представление тестовых данных. В качестве примера работы испытательной машины представлены программа и результаты испытаний на усталость при циклическом растяжении полномасштабного гелиевого входного образца змеевика ПФ1 ИТЭР. На рисунке 3 представлен гелиевый входной образец обмотки катушки ПФ1, разработанной в НИИЭФА для проведения усталостных испытаний.

Рисунок 3. Образец ввода гелия в обмотку катушки ПФ1.

На рисунке 4 показана модернизированная испытательная установка Schenck PC10.0S с криогенным, вакуумным и измерительным оборудованием.

Рисунок 4. Стенд, общий вид.

Равномерность растягивающего нагружения образца на входе гелия анализировали с помощью тензодатчика образца. В нижнюю часть образца были вклеены тензодатчики с основанием 2 мм, сопротивлением 120 Ом. Тензодатчики располагались с четырех сторон образца на расстоянии 100 мм от каждого края. Деформацию измеряли статически по классам от 5 до 20 тонн при комнатной температуре. В качестве измерительного прибора использовался тензодатчик марки KYOWA (Япония). Результаты измерений представлены в виде кривых нагрузка-деформация (рисунок 5). 

Рисунок 5. Кривые нагрузки-деформации.

Процесс нагружения входного образца гелия контролируется штатным датчиком силы и экстензометром Epsilon 3542‑0125M‑010‑LT. Температура входящего образца гелия контролируется с помощью двух термопар, а деформация контролируется с помощью двух экстензометров Epsilon. Процесс загрузки регистрируется с помощью системы измерения данных LTR‑EU‑2‑5. Использовалось ПО AC‑Test.

Испытательная установка подтвердила указанные технические требования успешным экспериментом. Эта установка позволяет механически испытывать крупногабаритные образцы при циклической нагрузке 1000 т при температуре жидкого азота. Разработанный комплект позволяет проводить циклические испытания других крупномасштабных конструктивных элементов машины ИТЭР.

Разработчики:

Хитрук А.А., Климченко Ю.А., Ковальчук О.А., Марушин Е.Л., Медников А.А., Наслузов С.Н., Привалова Е.К., Родин И.Ю., Степанов Д.Б., Суханова М.В. (Научно-исследовательский институт электрофизических аппаратов им. Д.В. Ефремова (НИИЭФА), Санкт-Петербург)

Источник:

AIP Conference Proceedings 1573, 1269 (2014)

Разработчик: Научно-исследовательский институт электрофизических аппаратов им. Д.В. Ефремова (НИИЭФА), Санкт-Петербург