實驗五 內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測定實驗.doc

實驗五 內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測定實驗一、實驗?zāi)康?掌握電阻應(yīng)變測量原理；2學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變儀的使用方法，學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變片的貼片和接線技術(shù)；3了解封頭在內(nèi)壓作用下的應(yīng)力分布規(guī)律。二、實驗原理1. 應(yīng)力計算：薄壁壓力容器主要由封頭和圓筒體兩個部分組成，由于各部分曲率不同，在它們的連接處曲率發(fā)生突變。受壓后，在連接處會生產(chǎn)邊緣力系邊緣力矩和邊緣剪力。使得折邊區(qū)及其兩側(cè)一定距離內(nèi)的圓筒體和封頭中的應(yīng)力分布比較復(fù)雜，某些位置會出現(xiàn)較高的局部應(yīng)力。利用電阻應(yīng)變測量方法可對封頭和與封頭相連接的部分圓筒體的應(yīng)力分布進行測量。 應(yīng)力測定中用電阻應(yīng)變儀來測定封頭各點的應(yīng)變值，根據(jù)廣義虎克定律換算成相應(yīng)的應(yīng)力值。由于封頭受力后是處于二向應(yīng)力狀態(tài)，在彈性范圍內(nèi)用廣義虎克定律表示如下：經(jīng)向應(yīng)力： (1-1)環(huán)向應(yīng)力： (1-2)式中：E材料的彈性模量材料的波桑比1經(jīng)向應(yīng)變2環(huán)向應(yīng)變。橢圓封頭上各點的應(yīng)力理論計算公式如下：經(jīng)向應(yīng)力： （1-3）環(huán)向應(yīng)力： （1-4）2電阻應(yīng)變儀的基本原理：電阻應(yīng)變儀將應(yīng)變片電阻的微小變化，用電橋轉(zhuǎn)換成電壓電流的變化。其過程為：將將電阻應(yīng)變片用膠水粘貼在封頭外壁面上，應(yīng)變片將隨封頭的拉伸或壓縮一起變形，應(yīng)變片的變形會引起應(yīng)變片電阻值的變化，二者之間存在如下關(guān)系： (1-5)式中：R/R電阻應(yīng)變片的電阻變化率L/L電阻應(yīng)變片的變形率 K電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)； 封頭的應(yīng)變。 3. BZ2205C型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀1) 電阻應(yīng)變儀的組成：(1) 構(gòu)件變形的感受和轉(zhuǎn)換部分電阻應(yīng)變片；(2) 被轉(zhuǎn)換量的傳遞和放大部分；(3)記錄及讀數(shù)部分。其方框圖見圖1-1。 圖1-1 電阻應(yīng)變儀原理圖 圖1-2接線圖三、實驗裝置實驗裝置（圖1-1）為兩個帶有不同封頭的容器，容器A的一端為帶折邊錐形封頭，另一端為圓平板封頭；容器B的一端為橢圓封頭，另一端為球形封頭。1. 手動試壓泵 2. 內(nèi)壓實驗容器A 3. 壓力表 4. 壓力傳感器 5. 內(nèi)壓實驗容器B 6. 壓力表 7. 壓力傳感器 8. 外壓實驗罐9. 壓力表 10. 壓力傳感器圖1-1內(nèi)壓實驗容器A的橢圓形封頭部分尺寸如圖1-3所示，容器材料均為0Cr18Ni9。 圖1-3 橢圓封頭表1-1各測點離橢圓封頭頂點距離 mm序號12345678910距離206080120145170190210230250應(yīng)變片的布置方案是根據(jù)封頭的應(yīng)力分布特點來決定的。封頭在軸對稱載荷作用下可以認(rèn)為是處于二向應(yīng)力狀態(tài)，而且在同一平行圓上各點受力情況是一樣的。所以只需要在同一平行圓的某一點沿著環(huán)向和經(jīng)向各貼一個應(yīng)變片即可。本實驗中采用10個T形應(yīng)變片布置在封頭上，位置見圖1-3。各點離封頭頂點距離見表1-1。每個T形應(yīng)變片上有兩個相互垂直成T形排列的敏感柵，可分別用來測量環(huán)向應(yīng)變和經(jīng)向應(yīng)變。本實驗中所用應(yīng)變片之電阻值為120，靈敏度系數(shù)為K_。四、實驗步驟 (一)應(yīng)變儀測量步驟：1打開內(nèi)壓實驗容器的進水閥，關(guān)閉外壓實驗容器進水閥；2檢查各接線是否正確、牢固；3打開應(yīng)變儀電源； 4檢查應(yīng)變儀是否工作正常；5按所貼應(yīng)變片設(shè)定應(yīng)變片靈敏系數(shù)K（沒有變化時跳過）； 6選擇調(diào)零，檢驗各點初值是否為零； 7用試壓泵向容器加壓，分別加壓至0.2，0.4，0.6MPa，并測量相應(yīng)壓力下各點之應(yīng)變值，并記錄； （二）聯(lián)機測量步驟： 1.啟動實驗主程序，選擇內(nèi)壓實驗； 2. 選擇實驗封頭后確定，進入測量程序； a.點擊“平衡”按鈕，應(yīng)變儀進行平衡； b.點擊“測量”按鈕，讀入應(yīng)變初讀數(shù)，（若讀數(shù)不為零，重復(fù)a.b. 步驟） c.點擊“清空數(shù)據(jù)”按鈕，清空數(shù)據(jù)庫文件； d.改變實驗壓力，分別為0.2、0.4、0.6MPa;e.點擊“測量”按鈕，測量各實驗壓力下實驗數(shù)據(jù)；f.點擊“記錄”按鈕，將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫文件。 3點擊“設(shè)置”按鈕，可對應(yīng)變儀進行參數(shù)設(shè)置（應(yīng)變儀脫機測量的設(shè)置，請參照BZ2205C靜態(tài)電組應(yīng)變儀使用說明書）； 4.測量完成后，關(guān)閉內(nèi)壓實驗容器的進水閥，點擊“退出”按鈕，退出測量程序，返回實驗主程序，點擊“數(shù)據(jù)處理”進入數(shù)據(jù)處理窗口； a. 選擇實驗封頭后確定，進入應(yīng)力計算程序；點擊“讀取數(shù)據(jù)”按鈕，彈出“選擇數(shù)據(jù)文件“對話框 b.選擇數(shù)據(jù)文件： 處理數(shù)據(jù)庫文件（現(xiàn)場實驗）數(shù)據(jù) -1； 處理文本文件 （舊的實驗）數(shù)據(jù) -2； c.點擊“計算”按鈕，計算應(yīng)變修正值和應(yīng)力值； d.點擊“畫圖”按鈕，進入“繪制應(yīng)力曲線“窗口； e.點擊“打印”按鈕，打印頁面內(nèi)容圖象； f. 點擊“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”按鈕,將測量的應(yīng)變值寫入文本文件，可以用記事本打開、編輯和打印所存的文件； g. 點擊“返回”按鈕,退出數(shù)據(jù)處理窗口。五、實驗數(shù)據(jù)整理 1根據(jù)原始記錄，用方格紙繪出各測點的P-曲線。因為是在彈性范圍內(nèi)，所以都應(yīng)該是直線，并由此圖求得在0.6 MPa壓力下應(yīng)變修正值；整理成表格。2用應(yīng)變修正值按式(1-1)和式(1-2)計算在0 .6MPa下各點的應(yīng)力值，填入表1-2。表1-2 數(shù)據(jù)表應(yīng)變值序號0.2（Mpa）0.4（Mpa）0.6（Mpa）0.6（Mpa）經(jīng)向應(yīng)變1環(huán)向2經(jīng)向1環(huán)向2經(jīng)向1環(huán)向2應(yīng)變修正值 應(yīng)力值121212345678910六、實驗報告要求 1簡述實驗?zāi)康?、原理及裝置；2整理實驗數(shù)據(jù)并計算在0.6MPa下各點的應(yīng)力值； 3用0.6MPa下的應(yīng)力值繪封頭應(yīng)力分布曲線；4利用所學(xué)理論解釋封頭的應(yīng)力分布狀況； 5存在問題討論。附錄：封頭形狀、測點分布和應(yīng)力計算公式一、 帶折邊錐形封頭 1測點分布圖各測點至錐形封頭頂點距離 （mm）序號12345678910距離40801201501802102402652853102 對于帶折邊錐形封頭進行設(shè)計時，采用下列兩式中較大的壁厚t值： 二、 球形封頭1測點分布圖測點至球形封頭頂點距離 （mm）序號12345678910距離0601201802401502903103503702應(yīng)力理論計算公式三、碟形風(fēng)頭 表1-1各測點離碟形封頭