设备实验

实验四内压薄壁容器应力测定实验一、实验目的1、了解电阻应变片测量压力容器应力的基本原理与测试技术；2、测定内压薄壁容器筒体及各种封头上的应力大小；3、比较实测应力与理论计算应力，分析它们产生差异的原因。二、实验设备和仪器1、HJSO2型内压容器应力测试实验台如图1，装置测试压力为0～15kgf/cm2；图1应力测试实验台1、电源信号灯2、电机开关按钮3、容器（5）进出口节流阀4、左压力表5、球形、椭圆形容器6、油泵压力表7、锥形与平盖容器8、右压力表9、容器（7）进出口节流阀10溢流阀11、电源控制箱12、电机油泵油箱装置主要参数如图2、3，筒体及封头使用材料：Q235钢封头形式：锥形封头、平盖、半球封头、标准椭圆封头材料弹性模量：E＝2.06×105Mpa泊松比：μ＝0.3锥形封头的锥顶角：2α＝60°±1°图3图212、YJ－33型静态电阻应变仪和YZ－22型转换箱YJ－33型静态电阻应变仪使用前开机预热30分钟，对“灵敏系数”、“通道选择”、“检测通道”、“通讯方式”等参数进行设定，然后进行仪器的“标定”。YZ－22型转换箱的面板见图2。“序号拨盘开关（1）”可将序号在00～99之间任意设定，每台转换箱都有两个该开关，无论使用单台或是多台转换箱，序号都不得重复。本实验的应变片采用半桥接线，所以将“全桥、半桥选择开关（2）”拨至半桥。应变片与转化箱连接方式见图3。图2YZ－22转换箱面板1、序号拨盘开关2、全桥、半桥选择开关3、测定点指示器4、接线柱5、接线柱6、接地7、控制讯号连接插座8、桥压讯号输出插座图3半桥单片（公共补偿）应变仪与转换箱的连接方式见图4图4应变仪与转换箱连接示意图23、其它实验用具应变片、502快干胶、电烙铁、活性锡丝、松香、万用表、螺丝刀、绝缘胶布、丙酮、脱脂棉、镊子、玻璃纸、钢尺、蜡烛、剪刀、纱布。三、实验原理轴对称薄壁容器在内压作用下，器壁呈平面应力状态，在弹性变形范围内，其主应力与主应变分别为呈轴向和周向的两向应力状态，且遵循广义虎克定律。即：21E（1）21E（2）式中：、——径向应变和周向应变；、——径向应力和周向应力，单位Mpa；E——材料的弹性模量，E＝2.06×105Mpa；μ——材料的泊松比，取0.3.本实验采用的是两个敏感栅成90°的双轴应变花，其单个敏感栅的结构如图5所示，B为敏感栅宽度，L为敏感栅长度。其工作原理是利用金属丝的电阻随其变形而变化的电阻应变效应而工作的。由物理学可知，电阻丝的电阻R和其长度L，截面积F及电阻率ρ有下列关系：FLR当电阻受到拉伸变形时，如图6，长度、截面积、电阻率分别改变了ΔL、ΔF、Δρ，因而电阻也改变了ΔR，由数学分析可近似得到FLFFLLFR2FFLLRR图5丝绕式电阻应变片图6电阻丝的拉伸变形3其中LL，那么上式整理简化得：SKRR2KS为电阻丝的灵敏系数。因受粘结剂、基底、横向布置的电阻丝的变形等的影响。将其综合表达为：KLLKRRK为电阻应变片的灵敏系数，一般由厂家给出，其范围在1.7～3.6之间。因此只要在测点沿轴向与周向贴上应变片，将温度补偿片贴在一块与容器材料相同的铁片上并放置在实验台上以消除温度效应影响，然后按图3将应变片与转换箱连接，并按图4将应变仪与转换箱正确连接，对容器进行加、卸压，在应变仪或电脑上读出各测点的应变值，代入公式（1）及公式（2）中即可求得该点的实测应力值。本实验在测量应变时采用的是半桥接线法，如图7所示，温度补偿采用补偿片补偿的方式。电阻R3、R4在转换箱内部，也是阻值为120Ω的标准电阻。在转换箱外只使用了由工作片R1、补偿片R2组成的半个电桥，因而称半桥法。补偿片R2是与工作片R1类型、阻值、灵敏系数完全相同的应变片，它与工作片R1处于相同温度下，且粘贴在与被测构件相同材质的一块材料上。当温度变化时，工作片的阻值发生改变ΔR，而补偿片阻值同样改变ΔR，由于相邻电桥相互抵消，那么工作片由温度变化引起的应变值将由补偿片抵消，所以应变仪所显示的只是被测构件因受力引起的应变值。四、实验步骤1、熟悉实验设备及原理，接通YJ－33应变仪电源，打开应变仪，预热30分钟。2、贴片：1）选10个测点，一般封头各选4点，筒身2点，测点尽量在同一纵向的通过筒体轴线的竖直截面上；2）用砂轮机或锉刀清除表面油漆，氧化皮，污垢；3）用砂纸在与应变片长度方向成45°的方向交叉打磨测点直至表面无明显缺陷，打磨面积应为应变片的3～5倍；4）用钢尺及划针，划出十字现确定测点位置；图745）测量测点至筒身最高点得垂直距离；6）用棉花蘸酒精或丙酮对测点表面进行清洁，直至棉球无黑迹为止；7）取出应变片检查是否完好，然后在应变片粘贴面均匀涂上502胶水，一手捏住引线放到测点，并覆盖上一层玻璃纸，另一手拇指或食指轻轻滚压应变片，切勿旋转或错动，不要用力过大，一面应变片移位或是引线被拉断，这样挤出气泡和多余的胶水；8）按住直至应变片粘紧，等待一段时间至胶水干燥固化，需要注意的是应变片的粘贴方向应该一致，便于布线，减少接线错误；9）在应变片引线测粘贴接线端子，并将应变片引线焊接在端子上；10）检查应变片贴合是否良好、位置是否正确、有无气泡；11）检查应变片有无断路，用万用表检查应变片电阻值是否有变化，用兆欧表检查应变片绝缘是否良好。3、接线：1）导线编号。导线两端应贴上相同号码的标签，避免连接时接错线；2）将单号（或双号）全部与轴向应变片对应焊接固定，将双号（或单号）全部与周向应变片对应焊接固定，便于数据记录；3）用锡焊按图3所示连接转换箱与应变片，待焊锡冷却凝固后，轻轻扯动导线检查是否焊接牢固，如有虚焊或脱焊现象应重新焊接；4）检查焊接顺序是否正确，应变片的引线是否在焊接后有脱落现象，如有脱落需按前述步骤重新贴片。4、测试：经教师检查贴片及接线正确后，方可以进行测量。1）确定应变仪充分预热后，设定参数及标定值；2）将转换箱“全桥、半桥选择开关”拨至“半桥”。如仅用一台转换箱，则将“序号拨盘”设定为00、01；如同时使用多台转换箱，则按顺序将“序号拨盘”设定为00、01、02、03……依次类推。注意：序号不可重复。3）接通实验台电源，打开溢流阀5与出油阀1、4。如图8。图8液压控制原理图54）启动油泵，调节溢流阀5将总管压力升至1Mpa以上，打开进油阀2、3，调节出油阀1、4，将容器压力升至0.8Mpa以上，保持一段时间，以排空管道及容器内空气；5）调节溢流阀5，对容器及管路增、卸压数次，压力应大于0.8Mpa；6）打开电脑，双击桌面上“YJ－33接口软件”快捷图标打开接口软件，设置系统参数及通讯参数，选择自动保存，建立自己的文件夹；7）将容器压力降为零点击接口软件中“运行”按钮，在弹出窗口中点击“通讯”按钮进入联机通讯状态；按动应变仪的方向键，选择液晶屏中“联机通讯”，按“确定”按钮；8）点击软件窗口中“调零”按钮调零；9）点击“测量”按钮，待显示出数据后记录，这些数据为初始值ε初；10）将容器压力升至0.2MPa，点击软件窗口“测量”按钮，记录所示数据ε加；11）再将容器压力降为零，点击软件窗口“测量”按钮，记录所示数据ε卸；12）按照步骤9、10、11测量三次该压力下的应变值；13）按照步骤9、10、11、12，测量并记录容器压力分别为0.5MPa，0.8MPa时的应变值ε初、ε加、ε卸；14）将溢流阀5、出油阀1、4全开卸压，关闭油泵，关闭实验台电源；15）点击软件窗口“结束”按钮，退出联机通讯，点击“关闭”按钮关闭运行窗口，退出软件，关闭电脑；16）关闭应变仪电源，清理现场。五、实验数据处理1、实测应力大小的求取见实验原理部分；2、筒体和各封头的理论应力计算是根据中低压容器的薄壳理论和平盖理论，公式见教材；3、误差计算：应力的绝对误差＝实理应力的相对误差＝%100理实理六、实验报告要求1、实验日期、指导教师、同组实验人员；2、实验目的；3、主要实验仪器型号及名称；4、布片图；65、简单实验步骤；6、实验原始数据记录（如报告表1）；7、计算过程举例（要求每人用不同的数据进行计算）；8、计算结果列表（如报告表2）；9、分析、讨论与建议。7实验五外压薄壁圆筒形容器失稳实验一、试验目的：1.观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。2.测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。二、试验原理：圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足使容器失去原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象，容器失去稳定性时的外压力，成为容器的临界压力，用crp表示。圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数n可能是1，2，3，4，……等任意整数,如图一所示。容器承受临界值的外压力而失去稳定性，决非是由于容器壳体本身不圆的缘故，即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。当然如壳体不圆（具有椭圆度）容器更容易失稳，即它的临界压力值会下降。根据外压容器筒体的长短，可分为长圆筒，短圆筒和刚性圆筒三种，刚性圆筒一般具有足够的刚度，可不必考虑稳定性问题。但长圆筒，短圆筒必须进行稳定性计算，它们的临界压力crp值大小主要与厚壁(t)，外直径(0D)，长度（L）有关。亦受材料弹性模数(E)，泊桑比()影响。所谓长圆筒，短圆筒之分，并不是指它们的绝对长度，而是与直径壁厚有关的相对长度。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度crL表示。如容器长度LcrL为长圆筒，反之为短圆筒。临界长度crL由下图一圆筒形容器失去稳定后的形状8式确定：tDDLcr0017.1长圆筒：长圆筒失稳时的波数n=2，临界压力crp仅与0Dt有关，而与0DL无关。crp值可由下式计算：32)(12DtEpcr短圆壁：短圆筒失去稳定性时，波数n2,如为3，4，5……，其波数n可近似为：42)()(06.7DtDLn临界压力可由下式计算：tDLDEtpcr00259.2对于外压容器临界压力的计算，有时为计算简便起见，可借助于一些现成的计算图来进行。9三、实验装置：四、实验步骤及注意事项：1.测量试件的有关参数：壁厚(t)，直径(0D)，长度（L）。用千分卡测壁厚，用游标卡尺测内直径（便于精确测量）和长度，外直径0D由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两到三次，计算时取平均值。2.按图二所示安装实验设备，先用手摇泵将透明容器内的水升至容器的约三份之二处;将外压圆筒试件6置于平板顶盖上，试件与平顶盖间用垫片5密封（试件折边上下各放一垫片）；用压紧法兰4通过四个密封螺母2将试件压紧到平板顶盖上。3.将圆筒底垫块8(一大一小)置于外压圆筒底部，把用心轴7置于圆筒底垫块的中心孔中,再将横梁1压在心轴7上，通过两个压紧螺母2上紧(用手旋紧既可)；以此抵消试件承受的轴向载荷。4.用手摇泵缓慢升压至试件破坏为止（试件破坏时有轻微的响声），记下容器的失图二外压圆筒失稳装置实验1-横梁2-压紧螺母3-密封螺母4-压紧法兰5-垫片6-外压圆筒7-心轴8-圆筒底垫块9-透明容器10-工作台10稳压力（即有轻微响声时的瞬间压力,此压力为临界压力crp）。失稳后不可再升压。5.打开手摇泵的开关卸压，待压力为零后取出试件，观察失稳后试件的形状并记下波纹数。6.关上手摇泵的开关，清理好实验备件和工具。五、实验报告：1.列出测量所得的试件几何尺寸数据。2.验算波纹数n。3.计算容器的临界压力并与实测值进行比较。4.讨论、分析试验结果，分析误差原因。11实验六厚壁圆筒爆破及测试实验一、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）Kpssoln322．爆破压力值的理论计算：承受内压的高压筒体，其