实验指导手册

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薄壁容器应力测定实验实测在内压作用下封头的应力，绘制封头的压力分布曲线。了解边缘力矩对容器应力分布的影响。实验内容P-ε修正曲线（线性关系0.6MPa0.6MPa0.6MPa讨论。实验装置过程装备与控制工程专业基本实验综合实验台。图2-7薄壁容器应力测定实验流程图P3测量。内压容器由椭圆封头、在型封头和筒体三部分构成。实验容器的材料为304，容器筒体内径Di400mm，筒体及封头的壁厚4mm。2-8所示，椭圆型封头各测点距封头顶点距2-10向应变片的中点线和环向应变片的轴线必须位于欲测之点所在的平行圆上。图2-8椭圆形封头的应变片布置表2-10 椭圆型封头各测点距封头顶点距离（mm）序号12345距离206090120145序号678910距离170190210230250图2-9锥形封头的应变片布置表2-11锥形封头各测点至锥形封头顶点距离[mm]序号12345678910距离4080120150180210240265285310实验原理应力计算：相连接的部分圆筒体的应力分布进行测量。性范围内可用广义虎克定律表示如下：经向应力：

E 1 12 1 2

（2－10）环向应力：

E 2 12 2 1

（2－11）式中：E－材料的弹性模量μ－泊松比ε 、ε －经向应变和环向应变1 2 、 －经向应力和环向应力1 2压的变化。其过程为：应变片dR电桥R

或I放大器

数据采集

显示应变值将应变片粘贴在封头外壁面上，使它与封头一起变形。封头的伸长或压缩变形将引起应变片电阻值的变化，它们之间有如下关系：1R R11

l K L

（2－12）式中：K—电阻应变片的灵敏系数；ε—试件的应变；ΔR1—电阻应变片电阻值的改变值；R—电阻应变片电阻值未变形时的电阻值。1实验步骤应变仪操作：①检查各接线是否正确、牢固；②打开应变仪电源，预热20分钟；③设置测量桥路为1/4桥；④设定灵敏系数，本实验中，应变片的灵敏系数为2.07；⑤设置公共补偿点；⑥设置补偿点补偿20个测量点；⑦清空历史数据；⑧确认上述设置有效；⑨进行电桥平衡。实验台操作2-7V02、V03V07、V08、V04、V05、V11，关闭其余所有阀门。控制台操作：1②顺时针旋转旋钮“8”到底，打开电动调节阀V14；13选择“薄壁容器应力测定实验”菜单，点击“进入”按钮，进入“薄壁容器应10⑥调整阀门V04使内压容器的压力达到所需的测量压力后，关闭阀门V11；9⑧测量在0.2，0.4，0.6MPa下各点之应变值，并做好记录。数据记录和整理2-120化修正曲线；在线性化修正曲线上取0.6MPa压力时的应变值，并按式（2-10）和式（2-11）计算内压容器在0.6MPa压力下的经向应力和环向应力值，填入表2-12；线。实验报告要求写出实验目的、实验内容、应变测量的实验步骤；力分布曲线；回答思考题。表2-12实验数据表应应变值0.2MPa0.4MPa0.6MPa0.6MPa经向应变环向应变经向应变环向应变经向应变环向应变序 ε1ε2ε1ε2ε1ε2应变修正值应力值MPa号ε1ε2σ1 σ212345678910思考题剧烈变化的现象进行讨论。附1：BZ2205C静态电阻应变仪及使用方法BZ2205C程控静态电阻应变仪是在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应变测试仪器。采用低噪声、低漂移放大器，单片机进行运算和控制，因而使仪器具有稳定性好、测量精度高、体积小、重量轻、便于测试等优点。可以多台联机使用，采用计算机软件控制，可以完成复杂的测量和数据处理任务。BZ2205C静态电阻应变仪的使用方法：按键介绍：选择——仪器进行设置时用来选择菜单；修改——仪器进行设置时用来更改闪烁位的数字；设置/退出——进入设置菜单状态/平衡——电桥初始调节；手动——对测量点进行监测，按动一下切换到下一点；附图2－1 BZ2205C静态电阻应变仪控制面板示意图状态提示符说明：H**——H是提示符，**是测试次数，表示已完成第**所有功能均由此开始；S1——1/4桥测量的结束点；S2——半桥测量的结束点；S3——1/4桥应变片的灵敏系数；S4——半桥应变片的灵敏系数；S5——全桥应变片的灵敏系数；S6——1/4桥是否进行补偿；S7——1/4桥的补偿方式（1个补偿点S8——清空或保留历史的自动测量数据；S9——确认是否让更改的设置生效；P0——正在进行平衡；P1——正在进行自动测量；P2P3——正在向电脑发送全部测试记录；E11E221/4桥或者半桥的结束点超出仪器的测量点数；E3——错误3，设置的1/4桥结束点大于设置的半桥结束点；E440；E5置错误；E6699电桥连接方法：附图2－2 接线端子及电桥连接示意图AD，DC，CB两端内部均为1/4桥测量时内部电阻全部连接，半桥测量时ACBC两个接线端子，在设置补偿的情况下才参与测量。1/4桥无补偿：ABB两端内部标准须为12，S6设置为“01/4桥独立补偿：AB两端接测量片，BC两端接补偿片，AD，DC内部12标准电阻全部自动连接，S6设置为“01/4桥公共补偿：ABBC两端接补偿片，AD，DC两端内部S61S7补偿点对应的测点。半桥：ABBCADC两端内部12标准电阻全部自动连接，S6设置为“0全桥：A，BC，A，DC两端全部连接测量片，S6设置为“0应变范围：19999分辨率：1精度：满量程0.1%平衡范围：满量程/小时测试点数：10、20、40、测量方式：自动、手动应变片阻值：60～1000应变片灵敏系数：任意工作温度：－10℃～＋50℃工作湿度：≤85％RH（无冷凝电源：AC220V10％50Hz附2应变片的粘贴与接线粘贴应变片①在椭圆封头的经向和环向画好应变片的位置；②用砂纸沿45°打磨贴应变片的部分，并用甲酮清洗表面；③按经向和环向粘贴应变片；④经过一段时间干燥固化应变片；准备导线，焊接应变片；350Ω；把应变片与转换箱相连，再连接好应变仪等其它仪器。

外压薄壁容器的稳定性实验掌握薄壁容器失稳的概念，观察圆筒形壳体失稳后的形状和波数；力。实验内容分析和讨论。实验装置过程装备与控制工程专业基本实验综合实验台，实验流程如图2-10所示。

图2-10外压薄壁容器的稳定性实验流程图试件参数计算：t

1DD；2 2 1圆弧处内部高度h3

ht；1中径D

1DD；2 1 2计算长度LLh1h。0 2 2 3Q235－AE＝212GPa，泊松比＝0.288，屈服极限 ＝235MPa。s圆筒的临界长度计算如式(2-13)和式(2-14)：DtL 1.17 DtcrsDt'L sDt'cr

（2－13）（2－14）当：L>Lcr

时，属于长圆筒；L' <L<Lcr

时，属于短圆筒；L<L'cr

时，属于刚性圆筒。圆筒的临界压力计算公式①长圆筒的临界压力计算如式(2-15)：P 2E t 3

（2－15）Dcr 12 D②短圆筒的临界压力计算如式(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）波数的计算公式（2－18）图2-11图2-11外压试件及尺寸测量试件参数（2-11）测量试件实际长度L0

、圆弧处外部高度h、翻边处高度h1

；外直径D2

、内直径D。1将试件的测量值填入表2-13。计算壁厚t、圆弧处内部高度h3

、中径D、计算长度L。分别将试件的计算值填入表2-14。实验台操作2-10V05V07、V09、V10、V12，关闭其他所有阀门。控制台操作14②顺时针旋转旋钮“8”到底，打开电动调节阀V14，逆时针旋转旋钮“7”到底；“13启动按钮“10”启动变频器；保持加压罐内水位不变。关闭加压罐旁边液位测量装置的两个阀门。以防泄漏，然后对称地拧紧螺母；选择“外压薄壁容器的稳定性实验”菜单，点击“进入”按钮，进入“外压薄壁容器的稳定性实验”画面，点击“开始实验”按钮，进入实验画面；⑦打开阀门V07，按下主水泵启动按钮“10”启动主水泵。⑧单击“开始”按钮，单击“记录”按钮，7失稳为止。钮“7”回零，以免水从加压罐溢出；取出试件。数据记录和整理P实测值填入表2-14，观察外压容cr器试件失稳后的波形及特点；根据外压容器试件的尺寸按式(2-13)和式(2-14(2-16)和式(2-17)计算外压容器试件的失稳时的临界压2-14；利用外压圆筒的图算法（2-12）2-14；测量外压容器试件的失稳后的波数，并利用式（2-18）2-14。实验报告要求制外压容器试件失稳前后的横截面形状图；填写实验数据和计算数据表格；回答思考题。思考题外压容器试件失稳后的波数与什么因素有关？表2-13试件尺寸测量表 单位：mm测量次数测量次数L0h1h2D1D2123平均值表2-14实验数据表mm实验数据PMPacr波数LDtL/DD/tPcrMPaMisesPamm图算法实测计算图2－12 外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算图实验三调节阀流量特性实验一、实验目的掌握电动调节阀流量特性的测量方法；量特性的区别以及调节阀流量特性对控制过程的影响。二、实验设备过程设备与控制多功能综合实验台，实验流程如图3-1。三、实验内容调节阀理想流量特性曲线的测取。从小至大改变调节阀的相对开度时，qv对开度下流经调节阀的相对流量值。绘制调节阀理想流量特性曲线。调节阀在串联管路中的工作流量特性曲线的测取。在管路系统总压不变不同的管路系统总压力，可测量出在不同s值下的调节阀的工作流量特性曲线族。图3-1.调节阀流量特性实验流程图P0—调节阀两端差压；P2—冷水泵出口压力；P6—换热器管程进口d点压力；F1—冷水泵流量；V14—电动调节阀；PS—超压力保护开关。四、实验原理qv qv flqvmaxL （3-1）式中：qv/qv ——相对流量；maxqv ——阀在某一开度时的流量；

图3-2调节阀的理想流量特性曲线qvmax

——阀在全开时的流量；l/L ——阀的相对开度l——阀在某一开度时阀芯的行程；L——阀全开时阀芯的行程。调节阀的理想特性在调节阀前后压差qv 不变的情况下，调节阀的流量曲线称为调节阀的理想流量特性。根据调节阀阀芯形状不同，调节阀有快开型、直线型、抛物线型等百分比型等四种理想流量曲线本实验使用的调节阀为等百分比流量特性如图3-2中的曲线4，其相对开度与相对流量之间的关系如式3-2：qvqvmaxqvqvmaxR(11)L调节阀理想特性曲线的测试实验就是在保持调节阀前后压差qv恒定的情况下，测量调节阀相对开l/L 与相对流qv/调节阀在串联管道中的工作特性：

之间的关系。调节阀在串联管道中的连接如图3-3所示。在实际生产过程中由于调节阀的流量特性称为工作特性。

产生变化的，此时调节阀当调节阀在串联管路中时，系统的总压差等于管路的压力降与调节阀前后压差之和，如式3-3：ppp （3-3）1 V式中：p—系统总压差；1p—管路压力降；1Vp—调节阀前后压差。V图3-3调节阀在串联管道中的连接图3-3调节阀在串联管道中的连接增大而增加，调节阀前后压差则随之减小，其压差变化曲线如图3-4所示。用调节阀在理想状态下（即管路的压力降为零比值，用s3-4：VpspV

（3-4）当管路压力降等于零时，系统总压差全部落在调节阀上ppV

，此时S=1，调节阀的流量特性为理想流量特性。当管路压力降大于零时，系统总压分别落在管路和调节阀上 ，

pp3-4调节阀在串联管路中压

p曲线此时S<1，调节阀的流量特性为工作流量特性。实验中的p是指换热器管程出口处d点经阀门V11到eV14fpV

指调节阀V14两端e、f之间的压差。如图3-1所示。五、实验步骤调节阀的理想流量特性实验步骤⑴打开V05、V11、V15，关闭其他阀门，使冷流体走管程；⑵灌泵：打开自来水阀门V02，旋开冷水泵排气阀放净空气，待放完泵内空气后关闭，保证离心泵中充满水，再关闭自来水阀门V02；⑶按下操作台面板上的“控制方式”按扭，选择DDC控制方式；11-7运转方式，然后按下冷水泵启动按钮“11-11验进入实验界面；⑹向右移动“阀门开度”移动条至100%，使调节阀V14全开；再向右移动“压力调节”移动条至100%，使离心泵全速运转。注意：调整“压力调节”移动条应轻缓，避免差压变送器过载导致超压保护开关PS动作，造成停泵。⑺记下此时调节阀压差pV

值作为“基准值；单击“开始”按扭；⑻单击“理想特性”按扭，数据稳定后，单击“初值采集”按扭；单击“记录”按扭；⑼向左移动“压力调节”移动条约10%，向左移动“阀门开度”移动条，使调节阀V14开度减小10%；V14两端压差等于步骤⑸中的基准p值；V⑾数据稳定后，单击“记录”按扭，记录调节阀此开度时的流量值；重复步骤⑻～⑽，V143-1。不电动调节阀的工作流量特性实验步骤调节阀的工作流量特性实验是在不同的S值下分别进行，s可取0.8、0.6、，s值的大小靠通过改变调节阀前后压差pV

得到，计算如式15-4。实验步骤如下：⑴单击“开始”按扭；单击“工作特性”按扭；⑵移动“阀门开度”移动条，使调节阀V14开度为100%；⑶移动“压力调节”移动条,sV11sp[kPa]，⑸重复步骤⑵、⑶直至使系统总压差ppvsp[kPa]；⑹向左移动“压力调节”移动条约10%，,移动“阀门开度”移动条，使调节阀门V14开度减小10%；⑺移动“压力调节”移动条，使系统总压差”不变；系统稳定后，单击“记录”按扭；⑻系统稳定后，单击“记录”按扭；⑼重复步骤⑹～⑻，直至阀门开度为零；⑽将数据填入表3-2利用相同方法可生成不同s值的电动调节阀的工作流量特性实验曲线。4V07关闭冷水泵。退出实验程序界面。弹出“11-6”开关。六、数据记录和整理计算调节阀理想流量特性实验数据中的相对流量值，填入表3-1格纸上绘制