实验一薄壁容器内压应力测定实验

1、实验一 薄壁容器内压应力测定实验一.实验目的1. 测定薄壁容器承受内压作用时，筒体及封头上的应力分布。2. 比较实测应力与理论计算应力，分析它们产生差异的原因。3. 了解“应变电测法”测定容器应力的基本原理和掌握实验操作技能。 二.实验原理 由中低容器设计的薄壳理论分析可知，薄壁回转容器在承受内压作用时，圆筒壁上任一点将产生两个方向的应力，经向应力sm和环向应力sq。在实际工程中，不少结构由于形状与受力较复杂，进行理论分析时，困难较大；或是对于一些重要结构在进行理论分析的同时，还需对模型或实际结构进行应力测定，以验证理论分析的可靠性和设计的精确性；所以，实验应力分析在压力容器的应力分析和强度设

2、计中有十分重要的作用。 现在实验应力分析方法已有十几种，而应用较广泛的有电测法和光弹法，其中前者在压力容器应力分析中广泛采用。可用于测量实物与模型的表面应变，具有很高的灵敏度和精度；由于它在测量时输出的是电信号，因此易于实现测量数字化和自动化，并可进行无线电遥测；既可用于静态应力测量，也可用于动态应力测量，而且高温、高压、高速旋转等特殊条件下可进行测量。 电测法是通过测定受压容器在指定部位的应变状态，然后根椐弹性理论的虎克定律可得： (1) (2) 通过“应变电测法”测定容器中某结构部位的应变，然后根椐以上应力和应变的关系，就可确定这些部位的应力。而应变、的测量是通过粘贴在结构上的电阻应变片来

3、实现的；电阻应变片与结构一起发生变形，并把变形转变成电阻的变化，再通过电阻应变仪直接可测得应变值、，然后根椐式可算出容器上测量位置的应力值，利用电阻应仪和预调平衡箱可同时测出容器上多个部位的应力，从而可以了解容器受压时的应力分布情况。（2）式中E为弹性模量，为泊松比，实验材料为A3钢。(1)。电阻应变片 电阻应变片：简称“应变片”或“电阻片”，是测量应变的感受元件，是用直径为0.20.5 m m的电阻率较高的金属丝绕成栅后粘贴在两层极薄的绝缘层之间构成，如图所示。 我们知道，若应变片的电阻在变形前为R，它与构成电阻丝的材料，长度和截面积的关系是： (3) 当电阻丝随被测结构一起变形时，r、l、

4、s要发生变化，也随之变化，其改变量为：( 将上式取对数后在微分 ) 其中： - 电阻丝直径 则： -电阻丝的横向应变 e-电阻丝的轴向应变 显然。 - 泊松比 所以： 式 等式右边用 带入得 等式两边同除e得 实验表明：对一定的材料，为常量。 令 所以 这就是应变片的电阻变化率与应变值的关系，对于同一e值，K值越大则也越大；测量时，易得较高的精度，因此K值是反应应变片对应变敏感程度的物理量，称为应变片的“灵敏系数”，K值的大小与金属丝的材料和应变片的结构形式有关，一般制造厂已给出具体的数值。（本实验应变片的灵敏系数K=2.08）(2)。电阻应变仪 电阻应变仪的基本原理就是将应变片电阻的微小变化

5、用电桥转变成电压或电流的变化，其大致过程为：e应变片 电桥 DV(DI) 放大器 放大的DV(DI) 检流计 指示e读数 电阻应变仪就是实现上述过程的仪器。 图 2 a. 电桥的工作原理 如图（2）所示的电路，若在AC端加电压V，则BD端)输出电压是： 电路中R1若为粘贴在容器上应变片的电阻值，称为“工作片”，R2为与工作片类型相同且电阻值相等的电阻片，其作用是抵消由于温度变化引起的电阻变化对应变测量的影响，使所测的电阻变化仅反应应变引起的电阻变化，称为“温度补偿片”。一般是粘贴在与被测构件相同的“补偿极”上，但补偿板不受力作用。放在工作片附近以两者处于相同的环境温度下，以消除温度影响的目的。

6、 R3，R4为应变仪内的标准电阻，对于VBD的变化仅考虑工作片随容器受压时应变引起的电阻变化。 式中，对R1求偏导数。 因 R1R2 故 改用增量表示：D VBD DVBD = 上式表明：电桥的输出电压变化DVBD与测点的应变e成正比。 b：电阻应变仪 电阻应变仪的工作原理如图所示。图 3 三.实验装置 应变电测系统由传感元件（电阻应变片）和测量仪器二部分组成。本实验的应变片为胶基箔式应变片（R片120 W ）应变仪为YJ25型，与P20R25型预调平衡箱配合使用，可进行多点应力测量。 加压采用手动油泵，装置如图所示 1.手摇油泵; 2.针形阀; 3.试压容器; 4.工作片; 5.压力表; 6

7、.放空阀; 7.卸压阀; 8.温度补偿片； 图 4 实验用容器规格及应变片布置图如图所示。 图 5四.实验过程 本实验主要是测定圆形筒体和椭圆封头的主应力及分布情况，容器圆筒直边到封头顶点共贴有10片应变花，在平衡箱上1、2表示第1点的经向和环向，3、4表示第2点的经向和环向，以此类推，可测出10个点的经向和环向应力，由此可以大致得出封头和直边的应力分布状态。具体实验操作可按下面过程进行。 . 仪器及应变片的预调平衡 本实验采用的YJ25型电阻应变仪和P20R25型平衡箱使用方法为：1. 应变仪背后接上电桥盒，接通电源，按下电源开关。2. 按下“基零”开关，调节“基零”电位器，使显示为0000

8、。3. 再按上“测量”开关，调节“电阻平衡”电位器，使显示为0000，这时，将“粗、细”开关应置于“细”，若调零无法调到0000时，则按下“粗”。4. 调整灵敏系数盘，使指示K值于“2.00”。5. 将后面板开关置于“标定”档，调节“灵敏度”电位器，使标定值显示为 - 10000。（注：必须使用电桥盒），然后打置“电桥盒”档。6. 反复几次调平衡（零点）和标定值读数（-10000）。7. 再次按上“测量”按纽，背后转换开关置于“转换器”档，拔掉电桥盒，通过连接线与平衡箱连接，将灵敏系数盘调整到2.08（本实验）。8. 转动平衡箱档位，调节对应的电位器，使显示读数为0，如不能调节为0，则记录相应

9、的数值，此数值为对应应变片的初值。平衡箱上120点都应进行预调平衡。 应变仪和预调平衡箱都达到平衡状态就可对实验容器加压，测量各点应变。 . 加压测量1. 打开针形阀，拧开泵体上的卸压螺钉，开启容器放空阀，摇动试压泵手柄，对容器加油至油从放空阀溢出，以排尽容器内的气体，最后关闭放空阀。2. 试验时加压顺序为：压力P为0 0.5 1（MPa），加压应缓慢平稳，且待压力稳定后再进行测量，并记录各压力等级下的应变值。3. 卸压时拧松卸压螺钉，使容器内的油回流到油槽，卸压顺序：P1 0.5 0（MPa），卸压过程中，注意观察压力表的指示数，待降到预定值，立即拧紧卸压螺钉，待压力稳定后，记录应变值。五。实验报告要求 . 简述静态电测实验应力的基本原理和方法。 . 根椐实验结果，整理实验记录和数据，将应变值代入公式（2）计算为应力值，并绘制被测容器的筒体