實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊

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薄壁容器應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)實(shí)測在內(nèi)壓作用下封頭的應(yīng)力，繪制封頭的壓力分布曲線。了解邊緣力矩對容器應(yīng)力分布的影響。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容P-ε修正曲線（線性關(guān)系0.6MPa0.6MPa0.6MPa討論。實(shí)驗(yàn)裝置過程裝備與控制工程專業(yè)基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺。圖2-7薄壁容器應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)流程圖P3測量。內(nèi)壓容器由橢圓封頭、在型封頭和筒體三部分構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)容器的材料為304，容器筒體內(nèi)徑Di400mm，筒體及封頭的壁厚4mm。2-8所示，橢圓型封頭各測點(diǎn)距封頭頂點(diǎn)距2-10向應(yīng)變片的中點(diǎn)線和環(huán)向應(yīng)變片的軸線必須位于欲測之點(diǎn)所在的平行圓上。圖2-8橢圓形封頭的應(yīng)變片布置表2-10 橢圓型封頭各測點(diǎn)距封頭頂點(diǎn)距離（mm）序號12345距離206090120145序號678910距離170190210230250圖2-9錐形封頭的應(yīng)變片布置表2-11錐形封頭各測點(diǎn)至錐形封頭頂點(diǎn)距離[mm]序號12345678910距離4080120150180210240265285310實(shí)驗(yàn)原理應(yīng)力計算：相連接的部分圓筒體的應(yīng)力分布進(jìn)行測量。性范圍內(nèi)可用廣義虎克定律表示如下：經(jīng)向應(yīng)力：

E 1 12 1 2

（2－10）環(huán)向應(yīng)力：

E 2 12 2 1

（2－11）式中：E－材料的彈性模量μ－泊松比ε 、ε －經(jīng)向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變1 2 、 －經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力1 2壓的變化。其過程為：應(yīng)變片dR電橋R

或I放大器

數(shù)據(jù)采集

顯示應(yīng)變值將應(yīng)變片粘貼在封頭外壁面上，使它與封頭一起變形。封頭的伸長或壓縮變形將引起應(yīng)變片電阻值的變化，它們之間有如下關(guān)系：1R R11

l K L

（2－12）式中：K—電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；ε—試件的應(yīng)變；ΔR1—電阻應(yīng)變片電阻值的改變值；R—電阻應(yīng)變片電阻值未變形時的電阻值。1實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)變儀操作：①檢查各接線是否正確、牢固；②打開應(yīng)變儀電源，預(yù)熱20分鐘；③設(shè)置測量橋路為1/4橋；④設(shè)定靈敏系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)變片的靈敏系數(shù)為2.07；⑤設(shè)置公共補(bǔ)償點(diǎn)；⑥設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)補(bǔ)償20個測量點(diǎn)；⑦清空歷史數(shù)據(jù)；⑧確認(rèn)上述設(shè)置有效；⑨進(jìn)行電橋平衡。實(shí)驗(yàn)臺操作2-7V02、V03V07、V08、V04、V05、V11，關(guān)閉其余所有閥門。控制臺操作：1②順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕“8”到底，打開電動調(diào)節(jié)閥V14；13選擇“薄壁容器應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)”菜單，點(diǎn)擊“進(jìn)入”按鈕，進(jìn)入“薄壁容器應(yīng)10⑥調(diào)整閥門V04使內(nèi)壓容器的壓力達(dá)到所需的測量壓力后，關(guān)閉閥門V11；9⑧測量在0.2，0.4，0.6MPa下各點(diǎn)之應(yīng)變值，并做好記錄。數(shù)據(jù)記錄和整理2-120化修正曲線；在線性化修正曲線上取0.6MPa壓力時的應(yīng)變值，并按式（2-10）和式（2-11）計算內(nèi)壓容器在0.6MPa壓力下的經(jīng)向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力值，填入表2-12；線。實(shí)驗(yàn)報告要求寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、應(yīng)變測量的實(shí)驗(yàn)步驟；力分布曲線；回答思考題。表2-12實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表應(yīng)應(yīng)變值0.2MPa0.4MPa0.6MPa0.6MPa經(jīng)向應(yīng)變環(huán)向應(yīng)變經(jīng)向應(yīng)變環(huán)向應(yīng)變經(jīng)向應(yīng)變環(huán)向應(yīng)變序 ε1ε2ε1ε2ε1ε2應(yīng)變修正值應(yīng)力值MPa號ε1ε2σ1 σ212345678910思考題劇烈變化的現(xiàn)象進(jìn)行討論。附1：BZ2205C靜態(tài)電阻應(yīng)變儀及使用方法BZ2205C程控靜態(tài)電阻應(yīng)變儀是在靜力強(qiáng)度研究中測量結(jié)構(gòu)及材料任意點(diǎn)變形的應(yīng)變測試儀器。采用低噪聲、低漂移放大器，單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和控制，因而使儀器具有穩(wěn)定性好、測量精度高、體積小、重量輕、便于測試等優(yōu)點(diǎn)?？梢远嗯_聯(lián)機(jī)使用，采用計算機(jī)軟件控制，可以完成復(fù)雜的測量和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。BZ2205C靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的使用方法：按鍵介紹：選擇——儀器進(jìn)行設(shè)置時用來選擇菜單；修改——儀器進(jìn)行設(shè)置時用來更改閃爍位的數(shù)字；設(shè)置/退出——進(jìn)入設(shè)置菜單狀態(tài)/平衡——電橋初始調(diào)節(jié)；手動——對測量點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，按動一下切換到下一點(diǎn)；附圖2－1 BZ2205C靜態(tài)電阻應(yīng)變儀控制面板示意圖狀態(tài)提示符說明：H**——H是提示符，**是測試次數(shù)，表示已完成第**所有功能均由此開始；S1——1/4橋測量的結(jié)束點(diǎn)；S2——半橋測量的結(jié)束點(diǎn)；S3——1/4橋應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；S4——半橋應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；S5——全橋應(yīng)變片的靈敏系數(shù)；S6——1/4橋是否進(jìn)行補(bǔ)償；S7——1/4橋的補(bǔ)償方式（1個補(bǔ)償點(diǎn)S8——清空或保留歷史的自動測量數(shù)據(jù)；S9——確認(rèn)是否讓更改的設(shè)置生效；P0——正在進(jìn)行平衡；P1——正在進(jìn)行自動測量；P2P3——正在向電腦發(fā)送全部測試記錄；E11E221/4橋或者半橋的結(jié)束點(diǎn)超出儀器的測量點(diǎn)數(shù)；E3——錯誤3，設(shè)置的1/4橋結(jié)束點(diǎn)大于設(shè)置的半橋結(jié)束點(diǎn)；E440；E5置錯誤；E6699電橋連接方法：附圖2－2 接線端子及電橋連接示意圖AD，DC，CB兩端內(nèi)部均為1/4橋測量時內(nèi)部電阻全部連接，半橋測量時ACBC兩個接線端子，在設(shè)置補(bǔ)償?shù)那闆r下才參與測量。1/4橋無補(bǔ)償：ABB兩端內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)須為12，S6設(shè)置為“01/4橋獨(dú)立補(bǔ)償：AB兩端接測量片，BC兩端接補(bǔ)償片，AD，DC內(nèi)部12標(biāo)準(zhǔn)電阻全部自動連接，S6設(shè)置為“01/4橋公共補(bǔ)償：ABBC兩端接補(bǔ)償片，AD，DC兩端內(nèi)部S61S7補(bǔ)償點(diǎn)對應(yīng)的測點(diǎn)。半橋：ABBCADC兩端內(nèi)部12標(biāo)準(zhǔn)電阻全部自動連接，S6設(shè)置為“0全橋：A，BC，A，DC兩端全部連接測量片，S6設(shè)置為“0應(yīng)變范圍：19999分辨率：1精度：滿量程0.1%平衡范圍：滿量程/小時測試點(diǎn)數(shù)：10、20、40、測量方式：自動、手動應(yīng)變片阻值：60～1000應(yīng)變片靈敏系數(shù)：任意工作溫度：－10℃～＋50℃工作濕度：≤85％RH（無冷凝電源：AC220V10％50Hz附2應(yīng)變片的粘貼與接線粘貼應(yīng)變片①在橢圓封頭的經(jīng)向和環(huán)向畫好應(yīng)變片的位置；②用砂紙沿45°打磨貼應(yīng)變片的部分，并用甲酮清洗表面；③按經(jīng)向和環(huán)向粘貼應(yīng)變片；④經(jīng)過一段時間干燥固化應(yīng)變片；準(zhǔn)備導(dǎo)線，焊接應(yīng)變片；350Ω；把應(yīng)變片與轉(zhuǎn)換箱相連，再連接好應(yīng)變儀等其它儀器。

外壓薄壁容器的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)掌握薄壁容器失穩(wěn)的概念，觀察圓筒形殼體失穩(wěn)后的形狀和波數(shù)；力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析和討論。實(shí)驗(yàn)裝置過程裝備與控制工程專業(yè)基本實(shí)驗(yàn)綜合實(shí)驗(yàn)臺，實(shí)驗(yàn)流程如圖2-10所示。

圖2-10外壓薄壁容器的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)流程圖試件參數(shù)計算：t

1DD；2 2 1圓弧處內(nèi)部高度h3

ht；1中徑D

1DD；2 1 2計算長度LLh1h。0 2 2 3Q235－AE＝212GPa，泊松比＝0.288，屈服極限 ＝235MPa。s圓筒的臨界長度計算如式(2-13)和式(2-14)：DtL 1.17 DtcrsDt'L sDt'cr

（2－13）（2－14）當(dāng)：L>Lcr

時，屬于長圓筒；L' <L<Lcr

時，屬于短圓筒；L<L'cr

時，屬于剛性圓筒。圓筒的臨界壓力計算公式①長圓筒的臨界壓力計算如式(2-15)：P 2E t 3

（2－15）Dcr 12 D②短圓筒的臨界壓力計算如式(2-4)和式(2-5)：R.V.Mises公式 Et E t

3

2n21

（2－16）P

n21cr

nL22

1212

R

1

nL2Rn21

R B.M.Pamm公式

R

LD DtP 2.59EtLD Dtcr

（2－17）波數(shù)的計算公式（2－18）圖2-11圖2-11外壓試件及尺寸測量試件參數(shù)（2-11）測量試件實(shí)際長度L0

、圓弧處外部高度h、翻邊處高度h1

；外直徑D2

、內(nèi)直徑D。1將試件的測量值填入表2-13。計算壁厚t、圓弧處內(nèi)部高度h3

、中徑D、計算長度L。分別將試件的計算值填入表2-14。實(shí)驗(yàn)臺操作2-10V05V07、V09、V10、V12，關(guān)閉其他所有閥門?？刂婆_操作14②順時針旋轉(zhuǎn)旋鈕“8”到底，打開電動調(diào)節(jié)閥V14，逆時針旋轉(zhuǎn)旋鈕“7”到底；“13啟動按鈕“10”啟動變頻器；保持加壓罐內(nèi)水位不變。關(guān)閉加壓罐旁邊液位測量裝置的兩個閥門。以防泄漏，然后對稱地擰緊螺母；選擇“外壓薄壁容器的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)”菜單，點(diǎn)擊“進(jìn)入”按鈕，進(jìn)入“外壓薄壁容器的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)”畫面，點(diǎn)擊“開始實(shí)驗(yàn)”按鈕，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)畫面；⑦打開閥門V07，按下主水泵啟動按鈕“10”啟動主水泵。⑧單擊“開始”按鈕，單擊“記錄”按鈕，7失穩(wěn)為止。鈕“7”回零，以免水從加壓罐溢出；取出試件。數(shù)據(jù)記錄和整理P實(shí)測值填入表2-14，觀察外壓容cr器試件失穩(wěn)后的波形及特點(diǎn)；根據(jù)外壓容器試件的尺寸按式(2-13)和式(2-14(2-16)和式(2-17)計算外壓容器試件的失穩(wěn)時的臨界壓2-14；利用外壓圓筒的圖算法（2-12）2-14；測量外壓容器試件的失穩(wěn)后的波數(shù)，并利用式（2-18）2-14。實(shí)驗(yàn)報告要求制外壓容器試件失穩(wěn)前后的橫截面形狀圖；填寫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)表格；回答思考題。思考題外壓容器試件失穩(wěn)后的波數(shù)與什么因素有關(guān)？表2-13試件尺寸測量表 單位：mm測量次數(shù)測量次數(shù)L0h1h2D1D2123平均值表2-14實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表mm實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)PMPacr波數(shù)LDtL/DD/tPcrMPaMisesPamm圖算法實(shí)測計算圖2－12 外壓或軸向受壓圓筒和管子幾何參數(shù)計算圖實(shí)驗(yàn)三調(diào)節(jié)閥流量特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针妱诱{(diào)節(jié)閥流量特性的測量方法；量特性的區(qū)別以及調(diào)節(jié)閥流量特性對控制過程的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備過程設(shè)備與控制多功能綜合實(shí)驗(yàn)臺，實(shí)驗(yàn)流程如圖3-1。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)節(jié)閥理想流量特性曲線的測取。從小至大改變調(diào)節(jié)閥的相對開度時，qv對開度下流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的相對流量值。繪制調(diào)節(jié)閥理想流量特性曲線。調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管路中的工作流量特性曲線的測取。在管路系統(tǒng)總壓不變不同的管路系統(tǒng)總壓力，可測量出在不同s值下的調(diào)節(jié)閥的工作流量特性曲線族。圖3-1.調(diào)節(jié)閥流量特性實(shí)驗(yàn)流程圖P0—調(diào)節(jié)閥兩端差壓；P2—冷水泵出口壓力；P6—換熱器管程進(jìn)口d點(diǎn)壓力；F1—冷水泵流量；V14—電動調(diào)節(jié)閥；PS—超壓力保護(hù)開關(guān)。四、實(shí)驗(yàn)原理qv qv flqvmaxL （3-1）式中：qv/qv ——相對流量；maxqv ——閥在某一開度時的流量；

圖3-2調(diào)節(jié)閥的理想流量特性曲線qvmax

——閥在全開時的流量；l/L ——閥的相對開度l——閥在某一開度時閥芯的行程；L——閥全開時閥芯的行程。調(diào)節(jié)閥的理想特性在調(diào)節(jié)閥前后壓差qv 不變的情況下，調(diào)節(jié)閥的流量曲線稱為調(diào)節(jié)閥的理想流量特性。根據(jù)調(diào)節(jié)閥閥芯形狀不同，調(diào)節(jié)閥有快開型、直線型、拋物線型等百分比型等四種理想流量曲線本實(shí)驗(yàn)使用的調(diào)節(jié)閥為等百分比流量特性如圖3-2中的曲線4，其相對開度與相對流量之間的關(guān)系如式3-2：qvqvmaxqvqvmaxR(11)L調(diào)節(jié)閥理想特性曲線的測試實(shí)驗(yàn)就是在保持調(diào)節(jié)閥前后壓差qv恒定的情況下，測量調(diào)節(jié)閥相對開l/L 與相對流qv/調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道中的工作特性：

之間的關(guān)系。調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道中的連接如圖3-3所示。在實(shí)際生產(chǎn)過程中由于調(diào)節(jié)閥的流量特性稱為工作特性。

產(chǎn)生變化的，此時調(diào)節(jié)閥當(dāng)調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管路中時，系統(tǒng)的總壓差等于管路的壓力降與調(diào)節(jié)閥前后壓差之和，如式3-3：ppp （3-3）1 V式中：p—系統(tǒng)總壓差；1p—管路壓力降；1Vp—調(diào)節(jié)閥前后壓差。V圖3-3調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道中的連接圖3-3調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管道中的連接增大而增加，調(diào)節(jié)閥前后壓差則隨之減小，其壓差變化曲線如圖3-4所示。用調(diào)節(jié)閥在理想狀態(tài)下（即管路的壓力降為零比值，用s3-4：VpspV

（3-4）當(dāng)管路壓力降等于零時，系統(tǒng)總壓差全部落在調(diào)節(jié)閥上ppV

，此時S=1，調(diào)節(jié)閥的流量特性為理想流量特性。當(dāng)管路壓力降大于零時，系統(tǒng)總壓分別落在管路和調(diào)節(jié)閥上 ，

pp3-4調(diào)節(jié)閥在串聯(lián)管路中壓

p曲線此時S<1，調(diào)節(jié)閥的流量特性為工作流量特性。實(shí)驗(yàn)中的p是指換熱器管程出口處d點(diǎn)經(jīng)閥門V11到eV14fpV

指調(diào)節(jié)閥V14兩端e、f之間的壓差。如圖3-1所示。五、實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)節(jié)閥的理想流量特性實(shí)驗(yàn)步驟⑴打開V05、V11、V15，關(guān)閉其他閥門，使冷流體走管程；⑵灌泵：打開自來水閥門V02，旋開冷水泵排氣閥放凈空氣，待放完泵內(nèi)空氣后關(guān)閉，保證離心泵中充滿水，再關(guān)閉自來水閥門V02；⑶按下操作臺面板上的“控制方式”按扭，選擇DDC控制方式；11-7運(yùn)轉(zhuǎn)方式，然后按下冷水泵啟動按鈕“11-11驗(yàn)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面；⑹向右移動“閥門開度”移動條至100%，使調(diào)節(jié)閥V14全開；再向右移動“壓力調(diào)節(jié)”移動條至100%，使離心泵全速運(yùn)轉(zhuǎn)。注意：調(diào)整“壓力調(diào)節(jié)”移動條應(yīng)輕緩，避免差壓變送器過載導(dǎo)致超壓保護(hù)開關(guān)PS動作，造成停泵。⑺記下此時調(diào)節(jié)閥壓差pV

值作為“基準(zhǔn)值；單擊“開始”按扭；⑻單擊“理想特性”按扭，數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，單擊“初值采集”按扭；單擊“記錄”按扭；⑼向左移動“壓力調(diào)節(jié)”移動條約10%，向左移動“閥門開度”移動條，使調(diào)節(jié)閥V14開度減小10%；V14兩端壓差等于步驟⑸中的基準(zhǔn)p值；V⑾數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，單擊“記錄”按扭，記錄調(diào)節(jié)閥此開度時的流量值；重復(fù)步驟⑻～⑽，V143-1。不電動調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實(shí)驗(yàn)是在不同的S值下分別進(jìn)行，s可取0.8、0.6、，s值的大小靠通過改變調(diào)節(jié)閥前后壓差pV

得到，計算如式15-4。實(shí)驗(yàn)步驟如下：⑴單擊“開始”按扭；單擊“工作特性”按扭；⑵移動“閥門開度”移動條，使調(diào)節(jié)閥V14開度為100%；⑶移動“壓力調(diào)節(jié)”移動條,sV11sp[kPa]，⑸重復(fù)步驟⑵、⑶直至使系統(tǒng)總壓差ppvsp[kPa]；⑹向左移動“壓力調(diào)節(jié)”移動條約10%，,移動“閥門開度”移動條，使調(diào)節(jié)閥門V14開度減小10%；⑺移動“壓力調(diào)節(jié)”移動條，使系統(tǒng)總壓差”不變；系統(tǒng)穩(wěn)定后，單擊“記錄”按扭；⑻系統(tǒng)穩(wěn)定后，單擊“記錄”按扭；⑼重復(fù)步驟⑹～⑻，直至閥門開度為零；⑽將數(shù)據(jù)填入表3-2利用相同方法可生成不同s值的電動調(diào)節(jié)閥的工作流量特性實(shí)驗(yàn)曲線。4V07關(guān)閉冷水泵。退出實(shí)驗(yàn)程序界面。彈出“11-6”開關(guān)。六、數(shù)據(jù)記錄和整理計算調(diào)節(jié)閥理想流量特性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的相對流量值，填入表3-1格紙上繪制