dfsservice實驗三典型復(fù)雜結(jié)構(gòu)壓力容器應(yīng)力應(yīng)變測試綜合實驗

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

2、點的應(yīng)變值轉(zhuǎn)變成電參量來測量的。使用元件是電阻應(yīng)變片，用502膠水將應(yīng)變片粘在各被測點上，應(yīng)變片隨同試件一起變形，應(yīng)變片長度和截面的改變，使應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化(在彈性范圍內(nèi))，應(yīng)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(chǎn)生的電阻值的變化量；K-電阻絲的靈敏系數(shù)；-電阻絲的應(yīng)變值()應(yīng)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(yīng)變片。是溫度補償應(yīng)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(yīng)變儀的內(nèi)部。由于應(yīng)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(dāng)測試環(huán)境溫度變化時，必須考慮溫度補償問題。當(dāng)試件受力并有溫度變化時，工作應(yīng)變片由于受力和溫度變化而導(dǎo)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(yīng)變儀上只有應(yīng)變片因受力變形而導(dǎo)致的應(yīng)變。在測量時如果在被測試件上能找到應(yīng)變符號相反或比例關(guān)系已知且溫度條件相同的兩點，在這兩點上各一個工作應(yīng)變片，并將它們接到相鄰的兩個橋臂上，也可以實現(xiàn)溫度補償。在本次實驗中，一個測試點粘貼經(jīng)向和周向兩個應(yīng)變片。三、實驗設(shè)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(yīng)變儀、應(yīng)變片等構(gòu)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(yīng)變片；4 經(jīng)向應(yīng)變片；5 溫度補償片；6 放水閥；7 應(yīng)變儀；8 試壓泵；9 壓力表 2、電阻應(yīng)變儀CM-1J-32型數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀是CM系列靜態(tài)應(yīng)變儀的一種，它主要用于實驗應(yīng)力分析及靜力強度研究中測量結(jié)構(gòu)及材料任意點變形的應(yīng)力分析， K值連續(xù)可調(diào)。CM-1J-32數(shù)字靜態(tài)應(yīng)變儀由測量橋、校準(zhǔn)橋、放大器、有源濾波器，A/D數(shù)字顯示，電源等部分組成。其原理如圖3所示：校準(zhǔn)測量橋放大器有源濾波器A/D數(shù)字顯示電 源圖3 應(yīng)變儀工作原理圖應(yīng)變儀主要技術(shù)指標(biāo)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(yīng)變系數(shù)：K值可調(diào)范圍為0.19.9(6)、主機可測點數(shù)：32點(7)、預(yù)調(diào)平衡范圍：約±19999(8)、適調(diào)應(yīng)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(nèi)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(yīng)變片應(yīng)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(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)如圖5所示。敏感柵是由金屬絲制成的應(yīng)變轉(zhuǎn)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(gòu)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(dǎo)線。ADD1D2D3 補償應(yīng)變片ABB1CD測點1.應(yīng)變片ABB1CD測點8圖4 單臂(1/4)橋連接方法圖5絲繞式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)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(shù)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(nèi)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(nèi)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(yīng)變片的粘貼（1）應(yīng)變片的檢查首先對應(yīng)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(zhì)量，然后測量每個應(yīng)變片的電阻值，對同一型號、規(guī)格的應(yīng)變片按其阻值進行分組，使同一組內(nèi)各片的電阻值相差不超過0.5，否則測量時不易調(diào)平衡。（2）構(gòu)件表面處理在構(gòu)件待測應(yīng)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(xiàn)黑污為止。（3）粘貼應(yīng)變片本實驗粘貼應(yīng)變片采用的粘合劑為502膠，它能在常溫上快速地將應(yīng)變片粘合，粘貼應(yīng)變片時，在應(yīng)變片基底表面上薄薄地涂抹一層502膠，然后迅速將應(yīng)變片底面向下平放在構(gòu)件貼片部位上，將一小片聚四氟乙烯薄膜蓋在應(yīng)變片上，用手指按應(yīng)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(xiàn)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(gòu)件表面，防止它粘固在構(gòu)件上。（4）導(dǎo)線的固定和焊接在每個應(yīng)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(gòu)件短

9、路，然后將應(yīng)變片引出線與導(dǎo)線焊接在一起，并用膠布固定在構(gòu)件上。（5）用萬用表測量應(yīng)變片的電阻值（包括導(dǎo)線的電阻），如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)檢查焊點。測量應(yīng)變片的引出線與金屬構(gòu)件之間的絕緣電阻，一般應(yīng)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(yīng)變儀電源開關(guān)，等待應(yīng)變儀自檢結(jié)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(shù)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(shù)值，記錄應(yīng)變。3、測定數(shù)據(jù)每測一組數(shù)據(jù)后再加壓，容器每增加0.4MPa壓力測量一次應(yīng)變，最后到1.6MPa表壓為止。各次所得數(shù)據(jù)填寫于數(shù)據(jù)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(yīng)變數(shù)值。2、根據(jù)測量條件進行必要的修正。3、計算各測點的實測應(yīng)力、理論應(yīng)力及誤差。4、根據(jù)實測應(yīng)力、理論應(yīng)力分別繪制應(yīng)力分布曲線。5、對本次實驗進行分析總結(jié)。 實驗報告要求獨立完成，并要求書寫認(rèn)真，字跡工整，文字通順，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集表容器名稱：實驗壓力MPa應(yīng)變量測試點 編號1234567891011121314151617181920預(yù)平衡經(jīng)向 周向 經(jīng)向周向經(jīng)向周向經(jīng)向周向經(jīng)向周向表2 各點應(yīng)變數(shù)值計算表容器名稱：實驗壓力MPa應(yīng)變量測試點 編號1234567891011121314151617181920經(jīng)向周向經(jīng)向周向經(jīng)向周向經(jīng)向周向表3 各點實測應(yīng)力、理論應(yīng)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