背景介绍

核电站安全壳能够防止放射性物质扩散，是反应堆的第三道安全屏障。核电站安全壳机械贯穿件作为安全壳的附件，是保证管路穿过反应堆钢制安全壳时，将安全壳内部与外部流体管道连接在一起的关键性部件，其结构强度至关重要。

研究内容

国内某研究所为分析核电站安全壳在极限载荷作用下的密封性能，针对机械贯穿件的结构特点，设计了一套加载试验装置，再配合XTDIC三维全场应变测量系统采集和分析相关变形数据进行分析，测试其密封性、极限加载后小时泄露率是否满足应用要求。

DIC测试装置

根据机械贯穿件的实际应用工况，贯穿柱头部会受到与水平面呈 45°夹角方向的推力和扭力，采用数字散斑相关法DIC进行全场变形测量。

为分析贯穿件受力变形情况，通过加载装置控制液压系统的比例阀开度，实现推力和扭矩的加载。

数字散斑相关法DIC测试

采用XTDIC三维全场应变测量系统，结合两台高速摄像机实时采集图像，利用DIC软件进行位移场数据的计算处理和变形信息的可视化分析，从而实现快速、高精度、实时、非接触式的三维应变测量。

XTDIC三维全场应变测量系统的测点位置命名为2S1，其测点布置如下图所示。

DIC系统测点布置图

测试结果分析

将XTDIC三维全场应变测量系统安装调试完成后，通过调整加载试验装置的比例阀开度，实现对贯穿件的极限加载，试验共进行两次加载。

应变测试第1次加载

DIC散斑测试系统，2S1 测点视场某点的位移及云图：

第 1 次加载散斑2S1测点-点P位移曲线及云图

应变测试第2次加载

散斑测试系统，2S1 测点视场某点的位移及云图：

第 2 次加载散斑2S1测点-点P位移曲线及云图

通过分析位移曲线变化表明：在极限载荷下，各测点的应变数据较大。其中，封头平面上的 4个测点数据在加载结束后，应变数据都能基本回归零位，表明封头部位处于弹性变形阶段。

贯穿柱上的测点在加载结束后，仍存在较大的应变值，说明贯穿柱已发生塑性变形，已达到极限载荷。

泄漏率测试分析

在极限加载后，贯穿柱发生形变的情况下，贯穿件的密封性达到2级密封箱室规定的泄露率，可满足使用的要求，验证了贯穿件结构强度的适用性。

研究结论

采用应变片和新拓三维XTDIC三维全场应变测量系统，对加载过程中贯穿件进行全场应变测量，并对加载后的贯穿件泄露率进行测试，得到以下结论：

1）XTDIC三维全场应变测量系统测得的位移曲线精度较高，能够全面反应载荷施加过程中散斑区域的形变过程。

2）由测试数据可以看出，极限载荷施加过程中，贯穿柱根部应力集中程度高，塑性变形不均匀。

3）密封性能试验结果显示，贯穿件的密封性能良好，验证了机械贯穿件结构强度的适用性。

案例摘自：【陈前昆，中船重工第七一三研究所，极限载荷作用下机械贯穿件应变及密封性能研究】