dfsservice實驗三典型復雜結構壓力容器應力應變測試綜合實驗

1、實驗三 典型(復雜)結構壓力容器應力應變測試綜合實驗一、實驗目的1、了解實驗應力電測法的基本原理與操作；2、了解薄壁容器承受內壓載荷作用時，殼體各部分的應力分布情況，進一步驗證理論計算公式；3、比較實測應力與理論應力分布規(guī)律，分析其產生誤差的原因。二、實驗原理1、應力與應變的關系薄壁容器受內壓時各點處于兩向應力狀態(tài)，在彈性范圍內，封頭和筒體的應力與應變遵循廣義虎克定律： (1) (2)其中：- 主應力(經向應力、周向應力)- 主應變(經向應變、周向應變)-被測材料的彈性模量 209GPa-泊松比 0.32、應變的測量現有實驗手段不能直接測量得到應力，需要先測出應變，然后計算出應力。本實驗是將各

2、點的應變值轉變成電參量來測量的。使用元件是電阻應變片，用502膠水將應變片粘在各被測點上，應變片隨同試件一起變形，應變片長度和截面的改變，使應變片的電阻值發(fā)生變化(在彈性范圍內)，應變片電阻絲單位電阻的變化量與其單位長度的變形量成正比，即：式中：-電阻絲變形后產生的電阻值的變化量；K-電阻絲的靈敏系數；-電阻絲的應變值()應變片電阻值的變化量可以通過圖1所示的電析平衡法測量。圖 1 惠斯登電橋R1R2R4R3BACBUACUBD是粘在試件上的工作應變片。是溫度補償應變片，粘在與溫度相同但不變形的補償塊上。是電橋的另外兩臂，在電阻應變儀的內部。由于應變片阻值的變化除外力負荷引起的外，也受溫度變化

3、的影響。當測試環(huán)境溫度變化時，必須考慮溫度補償問題。當試件受力并有溫度變化時，工作應變片由于受力和溫度變化而導致阻值變化，而溫度補償片只有溫度變化而引起的阻值變化，相鄰兩個橋臂相互抵消，在應變儀上只有應變片因受力變形而導致的應變。在測量時如果在被測試件上能找到應變符號相反或比例關系已知且溫度條件相同的兩點，在這兩點上各一個工作應變片，并將它們接到相鄰的兩個橋臂上，也可以實現溫度補償。在本次實驗中，一個測試點粘貼經向和周向兩個應變片。三、實驗設備1、實驗系統(tǒng)實驗裝置主要由實驗容器(球形封頭容器、橢球封頭容器、平板封頭容器、錐形封頭容器)、加壓裝置、控制裝置、電阻應變儀、應變片等構成，如圖2所示。

4、圖2 實驗裝置1 壓力容器；2 壓力表；3 周向應變片；4 經向應變片；5 溫度補償片；6 放水閥；7 應變儀；8 試壓泵；9 壓力表 2、電阻應變儀CM-1J-32型數字靜態(tài)應變儀是CM系列靜態(tài)應變儀的一種，它主要用于實驗應力分析及靜力強度研究中測量結構及材料任意點變形的應力分析， K值連續(xù)可調。CM-1J-32數字靜態(tài)應變儀由測量橋、校準橋、放大器、有源濾波器，A/D數字顯示，電源等部分組成。其原理如圖3所示：校準測量橋放大器有源濾波器A/D數字顯示電 源圖3 應變儀工作原理圖應變儀主要技術指標如下：(1)、測量范圍：0±19999(2)、分辨率：1(3)、基本誤差：測量值的&#

5、177;0.1%±2個字(4)、穩(wěn)定性：A：零點漂移±3/4h B：溫度漂移±1/ C：靈敏度變化：測量值的±0.1%±2個字(5)、應變系數：K值可調范圍為0.19.9(6)、主機可測點數：32點(7)、預調平衡范圍：約±19999(8)、適調應變電阻值范圍：1201K(9)、可方便的進行單臂、半橋、全橋測量(10)、橋壓：2VDC(11)、電源：AC220V±0.1% 50Hz(12)、工作環(huán)境：040相對濕度3%85%機箱內測點分為4組，每組8個測點，一個公共補償端子用于單臂(1/4橋)及半橋測量。1/4橋的接線方式如

6、圖4所示。3、應變片應變片主要由敏感柵、基底、覆蓋層及引出線所組成，敏感柵用粘合劑粘在基底和覆蓋層之間。絲繞式應變片的典型結構如圖5所示。敏感柵是由金屬絲制成的應變轉換元件；基底的作用是保護敏感柵的幾何形狀，并保證敏感柵和被測構件之間的絕緣，以免形成短路，覆蓋層起保護作用；引出線與敏感柵焊接在一起，用它來連接測量導線。ADD1D2D3 補償應變片ABB1CD測點1.應變片ABB1CD測點8圖4 單臂(1/4)橋連接方法圖5絲繞式應變片的結構1 覆蓋層；2 基底；3 引出線；4 敏感柵四、實驗容器的主要參數平板封頭容器錐形封頭容器球形封頭容器橢球封頭容器筒體內徑 mm400400400400筒體

7、厚度 mm8888筒體高度 mm451548548548封頭厚度 mm25888封頭尺寸半錐角 。長半軸 mm短半軸 mm球內半徑 mm45200200100材料16MnRb=510MPas=345MPa實驗壓力 MPa實際壓力實際壓力實際壓力實際壓力五、實驗步驟1、電阻應變片的粘貼（1）應變片的檢查首先對應變片進行外觀檢查，觀察敏感柵是否有損壞、銹蝕斑痕、彎折以及引出線的焊點質量，然后測量每個應變片的電阻值，對同一型號、規(guī)格的應變片按其阻值進行分組，使同一組內各片的電阻值相差不超過0.5，否則測量時不易調平衡。（2）構件表面處理在構件待測應力部位用紗布將表面打磨光，最好能打出與貼片方向成45

8、°的交叉微細條紋，表面粗糙度以左右為宜。用脫脂棉蘸丙酮擦洗測點處表面，直到棉球不現黑污為止。（3）粘貼應變片本實驗粘貼應變片采用的粘合劑為502膠，它能在常溫上快速地將應變片粘合，粘貼應變片時，在應變片基底表面上薄薄地涂抹一層502膠，然后迅速將應變片底面向下平放在構件貼片部位上，將一小片聚四氟乙烯薄膜蓋在應變片上，用手指按應變片擠出多余粘合劑，微加指壓約三分鐘后再放開，輕輕掀開薄膜，檢查有無氣泡、翹曲、脫膠等現象，否則須重貼。待粘合劑稍干后，用鑷子輕輕地將引出線拉離構件表面，防止它粘固在構件上。（4）導線的固定和焊接在每個應變片的引出線下面貼一塊絕緣膠布，用以防止引出線和金屬構件短

9、路，然后將應變片引出線與導線焊接在一起，并用膠布固定在構件上。（5）用萬用表測量應變片的電阻值（包括導線的電阻），如發(fā)現異常應檢查焊點。測量應變片的引出線與金屬構件之間的絕緣電阻，一般應大于100M。（6）用同樣的方法將溫度補償片貼在與試件相同材料的溫度補償塊上。2、實驗過程及方法（1）打開應變儀電源開關，等待應變儀自檢結束。（2）檢測各測點工作狀態(tài)是否正常，如果表頭顯示“E”說明測試線路有故障。（3）對表頭各測點初始值清零。先按下“SHIFT”鍵，再按下“總清/清零”鍵，對各測點自動進行清零。（4）切換到各測點檢查表頭顯示是否正常。切換方法：2測點按數字鍵02，或按上下箭頭鍵切換。（5）記錄

10、各測點的初始值，各測點的初始值不一定為零(存在漂移等影響)。（6）加壓到指定數值，記錄應變。3、測定數據每測一組數據后再加壓，容器每增加0.4MPa壓力測量一次應變，最后到1.6MPa表壓為止。各次所得數據填寫于數據整理表1中。表1表3中的“容器名稱”填寫球形封頭容器、橢球封頭容器、平板封頭容器、錐形封頭容器之一。六、實驗報告1、實測各點的應變數值。2、根據測量條件進行必要的修正。3、計算各測點的實測應力、理論應力及誤差。4、根據實測應力、理論應力分別繪制應力分布曲線。5、對本次實驗進行分析總結。 實驗報告要求獨立完成，并要求書寫認真，字跡工整，文字通順，數據真實，圖表清楚，盡可能深刻全面，有分析，有見解。七、思考題實測值與理論計算值之間為什么會存在誤差？表1 實驗數據采集表容器名稱：實驗壓力MPa應變量測試點 編號1234567891011121314151617181920預平衡經向 周向 經向周向經向周向經向周向經向周向表2 各點應變數值計算表容器名稱：實驗壓力MPa應變量測試點 編號1234567891011121314151617181920經向周向經向周向經向周向經向周向表3 各點實測應力、理論應力及誤差分析表容器名稱：實驗壓力MPaMPaMPaMPa項目實測值理論值誤差%實測值理