內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)新裝置

1、內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解薄壁容器在內(nèi)壓作用下，筒體、錐形封頭、半球封頭、橢圓封頭的應(yīng)力分布情況：驗(yàn)證薄壁容器筒體應(yīng)力計(jì)算的理論公式；2熟悉和掌握電阻應(yīng)變片粘貼技術(shù)的方法和步驟；3掌握用應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀器測(cè)量應(yīng)變的原理和操作方法。二、實(shí)驗(yàn)原理理論計(jì)算1)根據(jù)薄壁殼體的無(wú)力矩理論可以求得受內(nèi)壓的薄壁容器筒體部分的應(yīng)力值:經(jīng)向應(yīng)力(軸向應(yīng)力)環(huán)向應(yīng)力(周向應(yīng)力)：P(D+t)Q_-4tp(D+t)2t2)式中：一容器所受內(nèi)壓力容器內(nèi)直徑(容器壁厚()；%,q經(jīng)向應(yīng)力，環(huán)向應(yīng)力。錐形封頭應(yīng)力(相關(guān)尺寸參數(shù)如圖a)a；3)4)m；)0：pxtanprQ_,2t2tcos錐形殼體上經(jīng)向應(yīng)

2、力、周向應(yīng)力與球形封頭應(yīng)力q_pRpxtan廠(chǎng)t呈線(xiàn)性關(guān)系_p(D+t)Q_Q_廠(chǎng),4t橢圓封頭上各點(diǎn)的應(yīng)力(相關(guān)尺寸見(jiàn)右圖a/b=3)12paa4一x2(a2-b2”、一2tprttcos離錐頂越遠(yuǎn),應(yīng)力越在殼體頂點(diǎn)處(x_0,y_b),R_R_,Q_Q_-p;12b92bt在殼體赤道上(x_a,y_0),r_,R_a,Q_,Q_(1-)；ia2921t2b22實(shí)驗(yàn)測(cè)定：應(yīng)力測(cè)定的基本原理：薄壁容器受內(nèi)壓后,器壁上各點(diǎn)均處于兩向受力狀態(tài),當(dāng)其變形在彈性范圍以?xún)?nèi),容器壁各點(diǎn)的應(yīng)力符合虎克定律,即：TOC o 1-5 h zE.、Q_(p)x1p2xtE/、Q_(+p)t1p2tx故只要測(cè)得容器

3、壁的經(jīng)向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變，即可根據(jù)虎克定律求得G和q。xt2）測(cè)量誤差計(jì)算根據(jù)壓力容器理論分別計(jì)算各部分的理論應(yīng)力值，并計(jì)算其相對(duì)誤差E，理100%o理3）電阻應(yīng)變儀測(cè)量應(yīng)變?cè)恚弘娮钁?yīng)變測(cè)量法是測(cè)定壓力容器筒壁應(yīng)力的常用方法之一。其測(cè)量裝置由三個(gè)部分組成，即：電阻應(yīng)變片，連接導(dǎo)線(xiàn)和電阻應(yīng)變儀。常用的電阻應(yīng)變片是很細(xì)的金屬電阻絲粘于絕緣的薄紙上而成。見(jiàn)圖一所示，將此電阻片用特殊的膠合劑貼在容器壁上欲測(cè)部位。當(dāng)容器受內(nèi)壓作用發(fā)生變形時(shí)，電阻絲隨之而變形。電阻絲長(zhǎng)度及截面的改變引起其電阻值的相應(yīng)改變，則可以用電阻應(yīng)變儀測(cè)出電阻的改變，再換算成應(yīng)變，直接由應(yīng)變儀上讀出。電阻絲的應(yīng)變與電阻的改變有如下關(guān)

4、系：RI，KRl式中：電阻絲單位電阻改變；電阻絲單位長(zhǎng)度改變（如電阻片與器壁完全一起變形，即無(wú)器壁之應(yīng)變）靈敏系數(shù)，與電阻絲的物理性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于一定的電阻片而言，為常數(shù)。由于電阻絲的電阻和值對(duì)于一定的電阻片為一已知值，故只要測(cè)得（電阻絲電阻改變）就可以求出值。電阻應(yīng)變儀是采用電橋測(cè)量原理測(cè)出并換成p（即為1的變形量。簡(jiǎn)單的電橋測(cè)量原理見(jiàn)右圖。圖中：測(cè)量電阻補(bǔ)償電阻橋臂電阻保護(hù)電阻可調(diào)橋臂電阻當(dāng)電橋衡（即檢流計(jì)中無(wú)電流通過(guò)）時(shí)R,RRTmkRRl當(dāng)有厶變動(dòng)時(shí)（如電阻應(yīng)變片電阻絲由于變形而發(fā)生阻值的改變），可調(diào)電阻改變后使電橋重新達(dá)到平衡。把厶換算成p，就可以直接在應(yīng)變儀上讀出。補(bǔ)償電阻用以消除因

5、溫度影響而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，它與測(cè)量電阻阻值相同并在同一溫度條件下，但不隨載荷，故對(duì)受溫度影響有補(bǔ)償作用。三、實(shí)驗(yàn)裝置試驗(yàn)容器的筒體用DN325，壁厚為8mm的無(wú)縫管制造，具體尺寸如圖:n4P四、實(shí)驗(yàn)步驟1了解試驗(yàn)裝置（包括管路、閥門(mén)、容器、壓力自控泵等在實(shí)驗(yàn)裝置中的功能和操作方法）及電阻片粘貼位置，測(cè)量電氣線(xiàn)路，轉(zhuǎn)換旋鈕等。2電阻片的粘貼步驟和方法：（1）根據(jù)選擇的測(cè)點(diǎn)位置，用砂紙打光；再按筒體的經(jīng)線(xiàn)和緯線(xiàn)方向用劃針或鉛筆劃出測(cè)點(diǎn)的位置及方向；以后再用棉球、丙酮等除去污垢。（2）測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值，記錄電阻片的靈敏系數(shù)，以便將應(yīng)變儀靈敏系數(shù)點(diǎn)放在相應(yīng)的位置上（實(shí)驗(yàn)室已準(zhǔn)備好）。（3）將“5

6、02”膠液均勻分布在電阻片的背面（注意：膠液均均勻涂在電阻片反面，不可太多，引出線(xiàn)須向上）。隨即將電阻片粘貼在欲測(cè)部位，并用濾紙墊上，施加接觸壓力，擠出貼合面多余膠水及氣泡（注意：電阻絲方向應(yīng)與測(cè)量方向一致，用手指按緊一至兩分鐘）。（4）在電阻片引出線(xiàn)下墊接線(xiàn)端子（用膠液粘貼），用于電阻應(yīng)變片的引出線(xiàn)和測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)的焊接連接（測(cè)量導(dǎo)線(xiàn)和儀器的連接以及補(bǔ)償片的粘貼已由實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備好）。（5）電阻片的粘貼步驟和方法可由指導(dǎo)教師講清要點(diǎn)和示范粘貼后再進(jìn)行，所有粘貼的電阻片和焊接接線(xiàn)經(jīng)指導(dǎo)教師檢查合格后，再進(jìn)入應(yīng)變測(cè)量?jī)x器測(cè)量的調(diào)節(jié)步驟。3了解靜態(tài)應(yīng)變儀的使用方法。（自動(dòng)測(cè)量）（1）打開(kāi)計(jì)算機(jī)和靜態(tài)應(yīng)變儀（

7、預(yù)熱1520分鐘），確保設(shè)備之間連接完好。檢查接線(xiàn)情況確保接線(xiàn)正確。記錄測(cè)點(diǎn)與接線(xiàn)位置之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。（2）打開(kāi)電腦桌面上的測(cè)量軟件，完成相關(guān)參數(shù)設(shè)置并保存。（3）檢查加壓泵潤(rùn)滑油油是否加滿(mǎn)，確保水箱內(nèi)水位正常，打開(kāi)泵溢流閥，開(kāi)啟泵，確認(rèn)無(wú)異常并有水溢流出時(shí)，關(guān)閉溢流閥，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)裝置上方的溢流閥，給實(shí)驗(yàn)裝置注水，確保兩臺(tái)設(shè)備內(nèi)水全部注滿(mǎn)，關(guān)泵。（注：往復(fù)泵，起動(dòng)時(shí)必須保證是開(kāi)閥啟動(dòng)?。?）在確認(rèn)設(shè)備上各壓力表讀數(shù)均為“0”的狀態(tài)下在計(jì)算機(jī)上調(diào)電橋平衡（選擇自動(dòng)平衡），并進(jìn)行一次掃描采樣。（5）設(shè)置泵停機(jī)壓力，設(shè)置值依次為0.4、0.8、1.2、1.6、2.0MPa,每次停泵時(shí)，選用掃描采樣，

8、記錄下對(duì)應(yīng)壓力下的應(yīng)變值。（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用實(shí)驗(yàn)裝置上的溢流閥給裝置泄壓至零點(diǎn)。整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、注意事項(xiàng)：1對(duì)儀器、工具、藥品等要注意愛(ài)惜，節(jié)約使用濾紙、棉球、丙酮、膠水、電阻片等消耗品；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，藥品、工具等要加以整理和清潔。2應(yīng)變儀屬于精密電子儀器，故在轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)及調(diào)節(jié)盤(pán)宜時(shí)要輕巧緩慢，禁止在尚未熟悉使用儀器前任意撥動(dòng)開(kāi)關(guān)。3實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及儀器調(diào)試完備，經(jīng)指導(dǎo)老師檢查后方可升壓進(jìn)行測(cè)量；測(cè)量過(guò)程中應(yīng)避免設(shè)備、導(dǎo)線(xiàn)移動(dòng)，以免引起接觸電阻的改變。4容器加、減壓應(yīng)緩慢進(jìn)行，待壓力穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。5各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果最后須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查并認(rèn)可，整理好儀器設(shè)備，打掃現(xiàn)場(chǎng)方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1列表記載各項(xiàng)數(shù)據(jù)（附表記載內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)變值測(cè)定結(jié)果）。2根據(jù)測(cè)定結(jié)果計(jì)算出各點(diǎn)壓力時(shí)筒體及封頭關(guān)鍵點(diǎn)的經(jīng)向及環(huán)向應(yīng)力。3比較實(shí)驗(yàn)測(cè)得的應(yīng)力值與理論值之間的偏差并分析和討論。附：實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1容器測(cè)點(diǎn)位置分布圖；2在各種載荷下的實(shí)測(cè)應(yīng)變讀數(shù)；3根據(jù)測(cè)試條件進(jìn)行系統(tǒng)誤差分析修正計(jì)算；4各測(cè)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)力值計(jì)算；5用壓力容器薄膜應(yīng)力理論計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的理論應(yīng)力值；6測(cè)量值的誤差計(jì)算，并分析誤差產(chǎn)生的原因。附表：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)變測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果筒體壓力（MP）a0.480.0