內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力測定實驗新裝置

1、內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力測定實驗一、實驗?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：驗證薄壁容器筒體應(yīng)力計算的理論公式；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)采集儀器測量應(yīng)變的原理和操作方法。二、實驗原理理論計算1)根據(jù)薄壁殼體的無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t呈線性關(guān)系_p(D+t)Q_Q_廠,4t橢圓封頭上各點的應(yīng)力(相關(guān)尺寸見右圖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實驗測定：應(yīng)力測定的基本原理：薄壁容器受內(nèi)壓后,器壁上各點均處于兩向受力狀態(tài),當(dāng)其變形在彈性范圍以內(nèi),容器壁各點的應(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）測量誤差計算根據(jù)壓力容器理論分別計算各部分的理論應(yīng)力值，并計算其相對誤差E，理100%o理3）電阻應(yīng)變儀測量應(yīng)變原理：電阻應(yīng)變測量法是測定壓力容器筒壁應(yīng)力的常用方法之一。其測量裝置由三個部分組成，即：電阻應(yīng)變片，連接導(dǎo)線和電阻應(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。見圖一所示，將此電阻片用特殊的膠合劑貼在容器壁上欲測部位。當(dāng)容器受內(nèi)壓作用發(fā)生變形時，電阻絲隨之而變形。電阻絲長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；電阻絲單位長度改變（如電阻片與器壁完全一起變形，即無器壁之應(yīng)變）靈敏系數(shù)，與電阻絲的物理性質(zhì)有關(guān)，對于一定的電阻片而言，為常數(shù)。由于電阻絲的電阻和值對于一定的電阻片為一已知值，故只要測得（電阻絲電阻改變）就可以求出值。電阻應(yīng)變儀是采用電橋測量原理測出并換成p（即為1的變形量。簡單的電橋測量原理見右圖。圖中：測量電阻補償電阻橋臂電阻保護電阻可調(diào)橋臂電阻當(dāng)電橋衡（即檢流計中無電流通過）時R,RRTmkRRl當(dāng)有厶變動時（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。補償電阻用以消除因

5、溫度影響而產(chǎn)生的測量誤差，它與測量電阻阻值相同并在同一溫度條件下，但不隨載荷，故對受溫度影響有補償作用。三、實驗裝置試驗容器的筒體用DN325，壁厚為8mm的無縫管制造，具體尺寸如圖:n4P四、實驗步驟1了解試驗裝置（包括管路、閥門、容器、壓力自控泵等在實驗裝置中的功能和操作方法）及電阻片粘貼位置，測量電氣線路，轉(zhuǎn)換旋鈕等。2電阻片的粘貼步驟和方法：（1）根據(jù)選擇的測點位置，用砂紙打光；再按筒體的經(jīng)線和緯線方向用劃針或鉛筆劃出測點的位置及方向；以后再用棉球、丙酮等除去污垢。（2）測量電阻應(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)點放在相應(yīng)的位置上（實驗室已準(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，引出線須向上）。隨即將電阻片粘貼在欲測部位，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)與測量方向一致，用手指按緊一至兩分鐘）。（4）在電阻片引出線下墊接線端子（用膠液粘貼），用于電阻應(yīng)變片的引出線和測量導(dǎo)線的焊接連接（測量導(dǎo)線和儀器的連接以及補償片的粘貼已由實驗室準(zhǔn)備好）。（5）電阻片的粘貼步驟和方法可由指導(dǎo)教師講清要點和示范粘貼后再進行，所有粘貼的電阻片和焊接接線經(jīng)指導(dǎo)教師檢查合格后，再進入應(yīng)變測量儀器測量的調(diào)節(jié)步驟。3了解靜態(tài)應(yīng)變儀的使用方法。（自動測量）（1）打開計算機和靜態(tài)應(yīng)變儀（

7、預(yù)熱1520分鐘），確保設(shè)備之間連接完好。檢查接線情況確保接線正確。記錄測點與接線位置之間的對應(yīng)關(guān)系。（2）打開電腦桌面上的測量軟件，完成相關(guān)參數(shù)設(shè)置并保存。（3）檢查加壓泵潤滑油油是否加滿，確保水箱內(nèi)水位正常，打開泵溢流閥，開啟泵，確認(rèn)無異常并有水溢流出時，關(guān)閉溢流閥，打開實驗裝置上方的溢流閥，給實驗裝置注水，確保兩臺設(shè)備內(nèi)水全部注滿，關(guān)泵。（注：往復(fù)泵，起動時必須保證是開閥啟動?。?）在確認(rèn)設(shè)備上各壓力表讀數(shù)均為“0”的狀態(tài)下在計算機上調(diào)電橋平衡（選擇自動平衡），并進行一次掃描采樣。（5）設(shè)置泵停機壓力，設(shè)置值依次為0.4、0.8、1.2、1.6、2.0MPa,每次停泵時，選用掃描采樣，

8、記錄下對應(yīng)壓力下的應(yīng)變值。（6）實驗結(jié)束，保存實驗數(shù)據(jù)，利用實驗裝置上的溢流閥給裝置泄壓至零點。整理實驗數(shù)據(jù)。五、注意事項：1對儀器、工具、藥品等要注意愛惜，節(jié)約使用濾紙、棉球、丙酮、膠水、電阻片等消耗品；實驗結(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)動開關(guān)及調(diào)節(jié)盤宜時要輕巧緩慢，禁止在尚未熟悉使用儀器前任意撥動開關(guān)。3實驗準(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行測量；測量過程中應(yīng)避免設(shè)備、導(dǎo)線移動，以免引起接觸電阻的改變。4容器加、減壓應(yīng)緩慢進行，待壓力穩(wěn)定后再進行測量。5各組實驗結(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)場方可離開實驗現(xiàn)場。六、實驗報告：1列表記載各項數(shù)據(jù)（附表記載內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)變值測定結(jié)果）。2根據(jù)測定結(jié)果計算出各點壓力時筒體及封頭關(guān)鍵點的經(jīng)向及環(huán)向應(yīng)力。3比較實驗測得的應(yīng)力值與理論值之間的偏差并分析和討論。附：實驗報告要求1容器測點位置分布圖；2在各種載荷下的實測應(yīng)變讀數(shù)；3根據(jù)測試條件進行系統(tǒng)誤差分析修正計算；4各測點的實際應(yīng)力值計算；5用壓力容器薄膜應(yīng)力理論計算各測點的理論應(yīng)力值；6測量值的誤差計算，并分析誤差產(chǎn)生的原因。附表：中國礦業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)變測定實驗結(jié)果筒體壓力（MP）a0.480.0