20世紀30年代，蘇聯學者格沃茲捷夫、帕斯金爾納克等提出。

計算公式：

特點 ：以截面內力，而不是應力為考察對象，考慮了材料的塑性性質及其極限強度，內力計算多數仍采用線彈性方法，少數采用彈性方法，仍采用單一的、經驗的安全系數。

優點：這種方法以構件破壞時的受力狀態為依據，考慮了材料的塑性性能，在表達式中引入了安全系數，使得構件有了總體安全度的概念。

缺點：安全系數的取值仍然憑經驗確定。而且沒有考慮到構件在正常使用時的變形和裂縫問題。

設計原則：結構構件達到破壞階段時的設計承載力不低于標準荷載產生的構件內力乘以安全系數K。2100433B

元件棒上端氣腔內潮氣監測器和元件棒氣空間設置氣體壓力監測器這兩種方法的優點是不需將元件移出堆外即能定位探測破損棒。易操作，省時間。但需要在每個元件棒上裝一傳感器。這給元件制造增加了不少麻煩。并且堆內測量輻射劑量大，裝置需采用耐輻照材料。

紅外測量元件端塞溫度、振動監測和超聲波檢測方法具有下列優點：

1.不受放射性環境影響，它們多是采用非放射性測量技術，沒有沾污本底問題；

2.定位檢測時僅需移走元件組件上管座，不需抽出元件，避免了擦傷；

3.不需在元件上另設附加固定裝置。

從檢測時間上看，后三種可能不及前兩種方法快。目前發展后三種方法較多，尤其是超聲波監測。超聲探測技術比較成熟，探測出元件破損的把握性較大，已經在反應堆上應用 。

反應堆運行期間，個別元件棒會產生局部的破損，裂變產物逸入冷卻劑中，使回路、設備、廠房、甚至周圍環境放射性水平增高，危及運行人員乃至周圍居民的安全 。

破損元件探測啜吸法

從60年代起，國外普遍采用了“啜吸法”(sipping)技術來探測元件破損 。

在堆換料期間，將燃料組件送到貯存水池并放入一密封罐內浸泡約15分鐘，然后從罐中抽取水樣，測定水樣中碘133和碘131含量來判斷是否有破損元件棒，此為“濕啜吸”。濕法由于系統沾污，探測靈敏度較低 。

在濕法基礎上又發展了“干啜吸法”，將組件放入一無底隔離罐中先用壓縮空氣將罐內水壓出，讓元件曝露于空氣中，(約5一25分鐘)，元件得不到冷卻溫度升高，元件內裂變氣體釋放增加并向外逸出。然后抽出罐內氣體重新使元件浸沒在水中。對抽出氣體進行放射性測量來判斷元件是否產生破損。此法靈敏度較濕法高，但存在著元件可能過熱燒毀的危險.以上方法都只能檢測出組件破損，為了定出組件中哪一根元件棒破損還需抽出全部或部：分元件棒逐個檢查(可用外觀或渦流檢查等)，將確定破損元件棒用好元件或假元件更換，將其余好元件重新插回組件，然后再返回到堆中重新使用 。

啜吸法存在兩個問題：

①定位破損元件棒需化費較長時間，檢查一盒組件約需一小時左右，還不包括解體、重新組裝時詞。停堆時間長短是影響核電經濟性的，一座180萬千瓦核電站停堆一天將影響產值約164萬美元。

②組件解體及重新組裝過程中，組件定位格架使元件包殼表面擦傷或刻有溝槽，元件棒重新投入運行使帶有隱患。若將帶有破損棒組件棄之不用則更不經濟(一盒組件約需近百萬美元)。

鑒于上述情況，自70年代以來，國外有不少人研究發展定位探測破損元件棒新方法，這些方法都不需解體組件即能迅速、可靠地定位破損元件棒 。

破損元件探測元件棒上端氣腔內潮氣監測器

元件破損后水將進入包殼，遇到熱元件產生水汽，它會上升到元件上端氣腔內，在那里設置一潮氣監測器可以指示元件破損。

一種潮氣監測器采用易潮解的磁性壓緊體作為敏感體，(如鋁粉、汞化合物及鐵粉混合物)裝入一非磁性抗潮材料的盒子內，盒上方留有空間，盒上開有小孔。如元件破損，則水汽從小孔進入盒，水汽潮解了盒內壓緊體，汞化合物是鋁粉潮解的催化劑，壓緊體體積膨脹。元件端帽處可利用磁測量探頭來測量盒內磁阻的變化。如圖1所示。

另一種形式潮氣監測器（片形結構潮氣監測器），如圖2所示，是一個鐵磁體容器懸掛在元件氣空間上端，容器上端開孔，幾片固體材料支撐使容器被懸掛在球體上，這幾片固體材料是由潮解物組成(碳化鈾、碳化牡、碳化鈣等)，它們遇水汽潮解后碎成粉末，這樣容器便落到氣空間底部，磁容器位置變化可由元件棒外磁感應探測裝置測出 。

破損元件探測元件棒氣空間設置氣體壓力監測器

由于元件預充氣及輻照過程中不斷產生裂變氣體，元件內壓力升高，有時甚至達175公斤力/平方厘米，但一旦元件破損氣體漏出，氣壓將會下降。在元件棒氣空間L方設置一氣壓監測器即可報知元件破損。

圖3為兩種氣壓監測器示意圖，氣空間有氣壓時薄膜彎曲(或波紋管膨脹)推動拋射物在導向管內向上移動，拋射物上截是由磁鐵組成，其移動距離可用渦流法測出 。

破損元件探測紅外測量元件端塞溫度法

停堆換料期間將組件送到貯存水池，移走組件上端管座，將組件垂直地放入水池中一特制容器內。容器上端開口，由元件剩余發熱或下部的加熱冷卻裝置使容器內水溫維持在100℃。用吊車將一鐘形罩罩在容器上，它與容器形成一環形間隙。氣體從供氣孔通過噴嘴向覃內供氣。壓縮空氣將水從環形間隙向外排出，使罩內維持一定水面，此水面應稍高于元件棒內燃料塊，以保證其得到冷卻。元件棒上端氣空間暴露在氣體中。元件端塞受到氣流冷卻，這樣，破損元件的端塞溫度將比未破損的高。用紅外測溫掃描探頭測得各元件端塞溫度分布即可知那根元件破損。為了避免元件釋放的γ射線干擾，可增設γ屏蔽，也可用鏡子反射紅外光 。

破損元件探測振動監測法

水進入元件破損處遇到熱元件會產生沸騰或湍流，它們都具有一定的振動頻率及幅度，如能探測到這些信號，就可推知元件發生了破損。探測裝置是利用一根具有高彈性模量的長探桿(彈性模量超過2000000磅/英寸與伸入水下緊緊接觸水下元件組件上管座，元件破損引起的沸騰及湍流的振動將傳遞到整個組件，探針緊貼探桿上端，它將振動信號按圖4系統轉變為電信號報警或記錄，指示元件破損 。

考慮到沸騰產生水飽可能會吸附到燃料塊表面或元件棒上端，有人采用了一些改進辦法，設法使元件棒內壓力高于外部浸沒水壓，迫使元件內水泡向外排出，產生振動?，F舉三種改進辦法：

斷流法：將一罩子放在元件上，隔斷通過組件的冷卻水，罩子上方留有一定量空氣，這樣使元件溫度升高，元件內壓亦增高。

加壓法：將組件放入一壓力容器，此容器可瞬時加壓。容器密封后經3^#排水閥將水抽走，然后通過供氣口充氣并達一定氣壓，如包殼有破損，則氣體進入元件棒此后，通過供水口用泵將水打入容器，使氣水壓達到平衡，水位高過元件時再打開3^#閥放水，氣體通過1^#閥進行抽空，2^#閥保持水壓。突然打開3^#閥排水，容器內壓力突然降低，元件內壓大于水壓，破損元件內氣泡必然從孔向外排出。

換料過程降壓法：將測振探測器放在吊裝元件抓鉤上，元件從反應堆中向上吊出，組件在水中浸沒深度逐漸減小，元件棒外水壓可降低一半，這就足夠引起元件內水泡向外發射。

上述改進裝置中均設有振動器使元件受振動，強迫水泡從破口處排出。觀察水泡出現在水面的位置可判斷破損元件棒位置，破損的垂直部位可通過測定水泡發射到達水面經過的時間來推斷。

破損元件探測超聲波監測法

將一小尺寸超聲波探頭插入組件元件棒下端，貼著元件氣空間外壁向內發送幾兆赫的超聲波，同時它又接收其反射波，如圖5。破損元件氣空間充水，反射波有二個。非破損元件內充氣，僅一個反射波。

超聲波探頭是將一個小超聲波探測元件(如鋯鈦酸鉛)嵌在一窄條形鋁載體內。當條形鋁插入元件棒之間時，探測元件與條形鋁面相平。探測元件一面緊貼待測元件氣空間外壁，其反面襯以聲阻尼材料(如鎢粉與多硫化合物聚合體)，探測元件四周用去耦絕緣材料隔開，以減少超聲耦合。探測元件表面與鋁相通接地，其信號線引到同軸電纜直送到超聲儀上?？梢灾瞥啥嗦诽綔y器，并用自動控制移位探頭達到迅速地檢查所有元件。

另一種超聲波探測器是垂直對準元件上端帽進行測量，裝置中元件上氣腔段一部分進行電加熱，則破損元件內水或水汽受熱后蒸發上升，元件端帽處用水冷卻，水汽在端帽處冷凝形成液滴下落，超聲波探頭對準端帽發射及接收超聲波，破損元件氣腔內由于水的蒸發、冷凝、液滴形成及一下落均對反射波產生干擾，而非破損元件則無此干擾，因而兩者可加以區別。加熱氣腔段可采用高頻感應加熱(100千赫)，功率約為300瓦。頻率高則感應線圈匝數可少，體積小。測量時需移去組件上管座 。

監測原理監測參量的選取監測原理監測原理框圖監測刀具磨損和破損的方法很多，可分為直接測量法和間接測量法兩大類。直接測量法主要有：光學法、接觸電阻法、放射性法等。間接測量法主要有：切削力或功率測量法，刀具和工件測量法，溫度測量法，振動分析法，AE法，電機電流或功率測量法等。

比較現有的刀具磨損和破損的監測方法，各有優缺點，我們選取聲發射(AE)和電機電流信號作為監測參量。這是因為AE信號能避開機加工中噪聲影響最嚴重的低頻區，受振動和聲頻噪聲影響小，在感興趣區信噪比較高，便于對信號進行處理。響應速度快，靈敏度高;但重負荷時，易受干擾。而電機電流信號易于提取，能適應所有的機加工過程，對正常的切削加工沒有影響，但易受干擾，時間響應慢，輕負荷時，靈敏度低。這樣，同時選AE和電機電流為監測信號，就能利用這2個監測量的各自長處，互補不足，拓寬監測范圍，提高監測精度和判別成功率。 2100433B