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实验三压力容器爆破实验一、试验目的1.测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值；2.测定圆筒破坏时的爆破压力，并通过计算验证理论公式；3.了解过程装备控制专业数据自动采集测量系统基本单元的原理。二、试验原理1．屈服压力值的理论计算：（1）屈服压力2213KKpss（2）全始屈服压力（材料为理想弹塑性）Kpssoln322．爆破压力值的理论计算：承受内压的高压筒体，其爆破压力计算方法有如下几种：（1）Faupel公式：Kpbssbln)2(32（2）中径公式：112KKpbb（3）最大主应力理论bbKKp)11(22（4）最大线应变理论bbKKp)4.03.11(22（5）最大剪应力理论bbKKp)21(22（6）最大变形能理论bbKKp)31(22以上式中符号意义详见现教材“过程设备设计”教材和王志文主编的“化工容器设计”以及余国宗主编的“化工容器及设备”。3．爆破试验原理过程：塑性材料制造的压力容器的爆破过程如图一所示，在弹性变形阶段（OA线段），器壁应力较小，产生弹性变形，内压与容积变化量成正比，随着压力的增大，应力和变形不断增加；到A点时容器内表面开始屈服，与A点对应的压力为初始屈服压力sp；在弹塑性变形阶段（AC线段），随着内压的继续提高，材料从内壁向外壁屈服，此时，一方面因塑性变形而使材料强化导致承压能力提高，另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降，但材料强化作用大于厚度减小作用，到C点时两种作用已接近，C点对应的压力是容器所能承受的最大压力，称为塑性垮塌压力；在爆破阶段（CD线段），容积突然急剧增大，使容器继续膨胀所需要的压力也相应减小，压力降落到D点，容器爆炸，D点所对应的压力为爆破压力bp。三、实验装置与工作原理1．实验装置本仪器中的液体介质油的吸入、压缩与排出是通过活塞腔容积的周期性变化而实现的。电机接入电源后进入正常运转，通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块，活塞柱通过滑快与导向杆相连（导向杆在导向套内）做往复运动，当缸内处于低压状态时吸入介质油，活塞杆压缩时，泵内高压流体经过止回阀向爆破试件中输送，使爆破试件中内压不断升高。2．工作原理本系统的压力增升原理图2所示，活塞杆9在缸内作往复运动，介质油通过进口单向阀图1压力与流量变化的关系5吸入缸内，活塞柱向缸内推进时，进口单向阀5关闭，介质油通过出口单向阀6流进爆破试件中。压力表4下面装有单向阀7，目的是为了在试件瞬间爆破时保护压力表（试件爆破后压力表数值仍旧保持）压力信号由压力传感器12通过接口13传送至计算机。四、试验操作步骤及注意事项：1．了解试验装置的结构（包括高压爆破教学试验台操作方法、压力传感器、数据采集卡、转换器等计算机硬件接口以及ADCRAS测试软件的位置和功能）。2．测量尺寸：在爆破试件的上、中、下不同圆周方向上，测量外径三次；内径为已知值（试件材料为20号无缝钢管加工而成，根据不同的理论公式计算可得到不同的理论爆破值。）3．操作步骤：（1）关闭卸荷阀10与11（即面板上左右支阀），观察仪器面板上的油标，看油缸中是否有足够的介质油，若油缸中油不足，可从导油杯2中直接加油（一般机油即可）。（2）启动电机前，须对试验机的十字头滑块、活塞杆等运动磨损件加油润滑；开机后待爆破试件接口3处有油溢出，再关闭电机。（3）将测量好欲爆破的厚壁圆筒试件预先灌满油（必须排除里面的空气），在出口上贴上一层薄纸（防倒转后漏油），倒转后快速旋到爆破试件接口上，用管子钳图1工作原理图1油槽；2导油杯；3被检件；4压力表5进口阀；6出口阀；7压力表保护阀；8油缸；9活塞；10试件卸压阀；11压力表卸压阀；12压力传感器；13传感器微机接头12345678910111213图2工作原理流程图1-油槽2-导油杯3-爆破试件4-压力表5-进口阀6-出口阀7-压力表保护阀8-油缸9-活塞10-试件卸压阀11-表卸压阀12-压力传感器13-传感器微机接头上紧，罩好保护罩。（4）打开计算机，点击桌面“CRAS1.5V”进入随机信号与振动分析系统；再点击“数据采集及处理ADCRAS”，进入“CRAS”界面。（5）点击“作业”在文件名编辑栏输入要创建的新文件名，见图3，然后点击“打开”（6）点击“参数设置”，弹出“参数设置”对话框，选项“采样频率”选择1280；“工程单位”选择aMP；再选择“校正因子”，见图4。（7）确定上述选项后进入“趋势图”菜单，在它下面有“时间设置”、“趋势采集”、“趋势显示”和“设置截距”四个子菜单。在“设置时间”对话框有“请输入总时间”，单位是秒，输入估计此次实验所用总时间；“间隔记录时间（≥200ms），图3创建的新文件名的界面图4设置各参数的界面单位是毫秒，选200的倍数，一般输入“200”；在“设置截距”中的每个通道对应的零工程单位对应的毫伏数为“1000”，对应通道数为“1”，如图五。（8）确认完上述参数后，点击“趋势采集”子菜单，此时打开实验机的泵电源，微机将跟踪爆破试件整个实验过程的压力变化直至爆破。（9）试件爆破后关闭电源，将计算机中本次实验创建的新文件名存盘，打印出整个实验过程曲线和有关记录；将爆破后的厚壁圆筒试件拆下。五、实验报告：1．讨论分析试件破坏的情况2．将实测的爆破压力和各种理论公式的计算结果进行比较，并进行分析讨六、分析讨论题1．简述厚壁圆筒的爆破变形过程。2．对试件爆破断口进行分析，并计论爆破口为什么会鼓起？爆破口的方向和位置如何？3．加载过程可能加载上不去，原因有哪能些？4．试件尺寸，实验爆破压力值。5.韧性断裂与脆性断裂的特征。图五趋势图菜单设置各参数的界面