dfsservice實(shí)驗(yàn)三+典型(復(fù)雜)結(jié)構(gòu)壓力容器應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)教案資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。dfsservice實(shí)驗(yàn)三+典型(復(fù)雜)結(jié)構(gòu)壓力容器應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)三典型(復(fù)雜)結(jié)構(gòu)壓力容器應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解實(shí)驗(yàn)應(yīng)力電測(cè)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(shí)，殼體各部分的應(yīng)力分布情況，進(jìn)一步驗(yàn)證理論計(jì)算公式；3、比較實(shí)測(cè)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(shí)驗(yàn)原理1、應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系薄壁容器受內(nèi)壓時(shí)各點(diǎn)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：QUOTE-主應(yīng)力(經(jīng)向應(yīng)力、周向應(yīng)力)QUO

2、TE-主應(yīng)變(經(jīng)向應(yīng)變、周向應(yīng)變)QUOTE-被測(cè)材料的彈性模量209GPaQUOTE-泊松比0.32、應(yīng)變的測(cè)量現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)手段不能直接測(cè)量得到應(yīng)力，需要先測(cè)出應(yīng)變，然后計(jì)算出應(yīng)力。本實(shí)驗(yàn)是將各點(diǎn)的應(yīng)變值轉(zhuǎn)變成電參量來(lái)測(cè)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(cè)點(diǎn)上，應(yīng)變片隨同試件一起變形，應(yīng)變片長(zhǎng)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QUOTE與其單位長(zhǎng)度的變形量QUOTE成正比，即：式中：QUOTE-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)；QUOTE-電阻絲的應(yīng)變值(QUOTE)應(yīng)變片電阻值的變化量QUOTE可以

3、通過(guò)圖1所示的電析平衡法測(cè)量。圖1惠斯登電橋R1R2R4R3BACBUACUBDQUOTE是粘在試件上的工作應(yīng)變片。QUOTE是溫度補(bǔ)償應(yīng)變片，粘在與QUOTE溫度相同但不變形的補(bǔ)償塊上。QUOTE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(fù)荷引起的外，也受溫度變化的影響。當(dāng)測(cè)試環(huán)境溫度變化時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問(wèn)題。當(dāng)試件受力并有溫度變化時(shí)，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(bǔ)償片只有溫度變化而引起的阻值變化，相鄰兩個(gè)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(cè)量時(shí)如果在被測(cè)試件上能找到應(yīng)變符號(hào)相反或比例關(guān)系已知且溫度條件相同的兩點(diǎn)，在這

4、兩點(diǎn)上各一個(gè)工作應(yīng)變片，并將它們接到相鄰的兩個(gè)橋臂上，也可以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償。在本次實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)測(cè)試點(diǎn)粘貼經(jīng)向和周向兩個(gè)應(yīng)變片。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置主要由實(shí)驗(yàn)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。圖2實(shí)驗(yàn)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(bǔ)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(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析及靜力強(qiáng)度研究中測(cè)量結(jié)構(gòu)及材料任意點(diǎn)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(cè)量

5、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(cè)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(cè)量范圍：019999(2)、分辨率：1(3)、基本誤差：測(cè)量值的0.1%2個(gè)字(4)、穩(wěn)定性：A：零點(diǎn)漂移3/4hB：溫度漂移1/C：靈敏度變化：測(cè)量值的0.1%2個(gè)字(5)、應(yīng)變系數(shù)：K值可調(diào)范圍為0.19.9(6)、主機(jī)可測(cè)點(diǎn)數(shù)：32點(diǎn)(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(jìn)行單臂、半橋、全橋測(cè)量(10)、橋壓：2VDC(11)、電源：AC220V0.1%50Hz

6、(12)、工作環(huán)境：040相對(duì)濕度3%85%機(jī)箱內(nèi)測(cè)點(diǎn)分為4組，每組8個(gè)測(cè)點(diǎn)，一個(gè)公共補(bǔ)償端子用于單臂(1/4橋)及半橋測(cè)量。1/4橋的接線方式如圖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(hù)敏感柵的幾何形狀，并保證敏感柵和被測(cè)構(gòu)件之間的絕緣，以免形成短路，覆蓋層起保護(hù)作用；引出線與敏感柵焊接在一起，用它來(lái)連接測(cè)量導(dǎo)線。ADD1D2D3補(bǔ)償應(yīng)變片ABB1CD測(cè)點(diǎn)1.應(yīng)變片ABB1CD測(cè)點(diǎn)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

7、底；3引出線；4敏感柵四、實(shí)驗(yàn)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筒體厚度mm8888筒體高度mm451548548548封頭厚度mm25888封頭尺寸半錐角。長(zhǎng)半軸mm短半軸mm球內(nèi)半徑mm45200200100材料16MnRb=510MPas=345MPa實(shí)驗(yàn)壓力MPa實(shí)際壓力實(shí)際壓力實(shí)際壓力實(shí)際壓力五、實(shí)驗(yàn)步驟1、電阻應(yīng)變片的粘貼（1）應(yīng)變片的檢查首先對(duì)應(yīng)變片進(jìn)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(diǎn)質(zhì)量，然后測(cè)量每個(gè)應(yīng)變片的電阻值，對(duì)同一型號(hào)、規(guī)格的應(yīng)變片按其阻值進(jìn)行分組，使同一組內(nèi)各片的電阻值相差不

8、超過(guò)0.5，否則測(cè)量時(shí)不易調(diào)平衡。（2）構(gòu)件表面處理在構(gòu)件待測(cè)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的交叉微細(xì)條紋，表面粗糙度以左右為宜。用脫脂棉蘸丙酮擦洗測(cè)點(diǎn)處表面，直到棉球不現(xiàn)黑污為止。（3）粘貼應(yīng)變片本實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(kāi)，輕輕掀開(kāi)薄膜，檢查有無(wú)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

9、它粘固在構(gòu)件上。（4）導(dǎo)線的固定和焊接在每個(gè)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(wàn)用表測(cè)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(diǎn)。測(cè)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(bǔ)償片貼在與試件相同材料的溫度補(bǔ)償塊上。2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及方法（1）打開(kāi)應(yīng)變儀電源開(kāi)關(guān)，等待應(yīng)變儀自檢結(jié)束。（2）檢測(cè)各測(cè)點(diǎn)工作狀態(tài)是否正常，如果表頭顯示“E”說(shuō)明測(cè)試線路有故障。（3）對(duì)表頭各測(cè)點(diǎn)初始值清零。先按下“SHIFT”鍵，再按下“總清/清零”鍵，對(duì)各測(cè)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行清

10、零。（4）切換到各測(cè)點(diǎn)檢查表頭顯示是否正常。切換方法：2測(cè)點(diǎn)按數(shù)字鍵02，或按上下箭頭鍵切換。（5）記錄各測(cè)點(diǎn)的初始值，各測(cè)點(diǎn)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(cè)定數(shù)據(jù)每測(cè)一組數(shù)據(jù)后再加壓，容器每增加0.4MPa壓力測(cè)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(xiě)于數(shù)據(jù)整理表1中。表1表3中的“容器名稱”填寫(xiě)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(shí)驗(yàn)報(bào)告1、實(shí)測(cè)各點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)值。2、根據(jù)測(cè)量條件進(jìn)行必要的修正。3、計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力、理論應(yīng)力及誤差。4、根據(jù)實(shí)測(cè)應(yīng)力、理論應(yīng)力分別繪制應(yīng)力分布曲線。5、對(duì)本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析總結(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求獨(dú)立完成，并要求書(shū)寫(xiě)認(rèn)真，字跡工整，文字通順，數(shù)據(jù)真實(shí)，圖表清楚，盡可能深刻全面，有分析，有見(jiàn)解。七、思考題實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值之間為什么會(huì)存在誤差？表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集表容器名稱：實(shí)驗(yàn)壓力MPa應(yīng)變量測(cè)試點(diǎn)編號(hào)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(diǎn)應(yīng)變數(shù)值計(jì)算表容器名稱：實(shí)驗(yàn)壓力MPa應(yīng)變量測(cè)試點(diǎn)編號(hào)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(diǎn)實(shí)測(cè)應(yīng)力、理論應(yīng)力及誤差分析表容器名稱：實(shí)驗(yàn)壓力MPaMPaMPaMPa項(xiàng)目實(shí)測(cè)值理論值誤差%實(shí)測(cè)