实验二、外压薄壁圆筒形容器失稳实验.doc

实验二、外压薄壁圆筒形容器失稳实验一、实验目的1. 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。2. 测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。二、基本原理圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足使容器失去原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象，容器失去稳定性时的外压力，成为容器的临界压力，用 表示。圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数可能是1，2，3，4，等任意整数,如图一所示。图一 圆筒形容器失去稳定后的形状容器承受临界值的外压力而失去稳定性，决非是由于容器壳体本身不圆的缘故，即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。当然如壳体不圆（具有椭圆度）容器更容易失稳，即它的临界压力值会下降。根据外压容器筒体的长短，可分为长圆筒，短圆筒和刚性圆筒三种，刚性圆筒一般具有足够的刚度，可不必考虑稳定性问题。但长圆筒，短圆筒必须进行稳定性计算，它们的临界压力值大小主要与厚壁()，外直径()，长度（）有关。亦受材料弹性模数()，泊桑比()影响。所谓长圆筒，短圆筒之分，并不是指它们的绝对长度，而是与直径壁厚有关的相对长度。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度表示。如容器长度为长圆筒，反之为短圆筒。临界长度由下式确定： 长圆筒：长圆筒失稳时的波数=2，临界压力仅与有关，而与无关。值可由下式计算： 短圆壁：短圆筒失去稳定性时，波数2,如为3，4，5，其波数可近似为： 临界压力可由下式计算：对于外压容器临界压力的计算，有时为计算简便起见，可借助于一些现成的计算图来进行。67891三、实验装置图二 外压圆筒失稳装置实验1-横梁 2-压紧螺母 3-密封螺母 4-压紧法兰 5-垫片6-外压圆筒 7-心轴 8-圆筒底垫块 9-透明容器 10-工作台1045102344四、实验步骤及注意事项1. 测量试件的有关参数：壁厚()，直径()，长度（）。用千分尺测壁厚，用游标卡尺测内直径（便于精确测量）和长度，外直径由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两到三次，计算时取平均值。2. 手动放气，确保压力为零。按图二所示安装实验设备，将外压圆筒试件6置于平板顶盖上，试件与平顶盖间用垫片5密封（试件折边上下各放一垫片）；用压紧法兰4通过四个密封螺母2将试件压紧到平板顶盖上。3. 将圆筒底垫块8 (一大一小) 置于外压圆筒底部，把用心轴7置于圆筒底垫块的中心孔中,再将横梁1压在心轴7上，通过两个压紧螺母2上紧 (用手旋紧既可)；以此抵消试件承受的轴向载荷。4. 插好电源，先打开风机，再打开压缩机，根据试验时间，通过压力调节旋钮，可调节压力进入速度，缓慢升压至试件破坏为止（试件破坏时有轻微的响声），记下容器的失稳压力（即有轻微响声时的瞬间压力,此压力为临界压力）。失稳后，需快速手动放气泄压，关闭压缩机，再关闭风机。如压缩机中途关闭停机，重新开机时须将压力卸到零方能启动。5. 待压力为零后取出试件，观察失稳后试件的形状并记下波纹数。6. 关闭电源开关，清理好实验备件和工具。五、实验报告内容及要求：1、简述实验目的及原理、实验装置简图，附实验数据记录表。2、绘出试件失稳前后的横断形状简图。3、将测量的试件几何尺寸、临界压力值、波形数等实验数据和理论计算结果填入实验报告。4、用理论计算公式和算图法分别计算其临界压力值，并与实测值进行比较。5、用公式计算波形数，根据实际波形数分析圆筒性质。6、分析讨论外压容器中影响临界压力