外压容器失稳实验——新装置(1).doc

实验二 外压薄壁圆筒形容器失稳实验一、试验目的：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、试验原理：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（）。用千分卡测壁厚，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. 按图二所示安装实验设备，先用手摇泵将透明容器内的水升至容器的约三份之二处;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. 打开压缩机开关，调节好流量，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）。失稳后需快速关闭压缩机开关。5. 打开压缩机卸压开关，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. 关闭压缩机的电源开关，清理好实验备件和工具。五、实验报告：1. 列出测量所得的试件几何尺寸数据。2. 验算波纹数。3. 计算容器的临界压力并与实测值进行比较。4. 讨论、分析试验结果，分析误差原因。实验三 厚壁圆筒爆破及测试实验一、试验目的1.测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值；2.测定圆筒破坏时的爆破压力，并通过计算验证理论公式；3.了解过程装备控制专业数据自动采集测量系统基本单元的原理。二、试验原理1 屈服压力值的理论计算：（1） 屈服压力 （2） 全始屈服压力（材料为理想弹塑性） 2 爆破压力值的理论计算：承受内压的高压筒体，其爆破压力计算方法有如下几种：（1） 公式： （2） 中径公式： （3） 最大主应力理论 （4） 最大线应变理论（5） 最大剪应力理论（6） 最大变形能理论 图1 压力与流量变化的关系以上式中符号意义详见现教材“过程设备设计” 教材和王志文主编的“化工容器设计”以及余国宗主编的“化工容器及设备”。3爆破试验原理过程：塑性材料制造的压力容器的爆破过程如图一所示，在弹性变形阶段（线段），器壁应力较小，产生弹性变形，内压与容积变化量成正比，随着压力的增大，应力和变形不断增加；到点时容器内表面开始屈服，与点对应的压力为初始屈服压力；在弹塑性变形阶段（线段），随着内压的继续提高，材料从内壁向外壁屈服，此时，一方面因塑性变形而使材料强化导致承压能力提高，另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降，但材料强化作用大于厚度减小作用，到点时两种作用已接近，点对应的压力是容器所能承受的最大压力，称为塑性垮塌压力；在爆破阶段（线段），容积突然急剧增大，使容器继续膨胀所需要的压力也相应减小，压力降落到点，容器爆炸，点所对应的压力为爆破压力。三、实验装置与工作原理1实验装置本仪器中的液体介质油的吸入、压缩与排出是通过活塞腔容积的周期性变化而实现的。电机接入电源后进入正常运转，通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块，活塞柱通过滑快与导向杆相连（导向杆在导向套内）做往复运动，当缸内处于低压状态时吸入介质油，活塞杆压缩时，泵内高压流体经过止回阀向爆破试件中输送，使爆破试件中内压不断升高。2 工作原理本系统的压力增升原理图2所示，活塞杆9在缸内作往复运动，介质油通过进口单向阀5吸入缸内，活塞柱向缸内推进时，进口单向阀5关闭，介质油通过出口单向阀6流进爆破试件中。压力表4下面装有单向阀7，目的是为了在试件瞬间爆破时保护压力表（试件爆破后压力表数值仍旧保持）压力信号由压力传感器12通过接口13传送至计算机。 图2 工作原理流程图1-油槽 2-导油杯 3-爆破试件 4-压力表 5-进口阀 6-出口阀 7-压力表保护阀8-油缸 9-活塞 10-试件卸压阀 11-表卸压阀 12-压力传感器 13-传感器微机接头四、试验操作步骤及注意事项：1了解试验装置的结构（包括高压爆破教学试验台操作方法、压力传感器、 数据采集卡、转换器等计算机硬件接口以及测试软件的位置和功能）。2 测量尺寸：在爆破试件的上、中、下不同圆周方向上，测量外径三次；内径为已知值（试件材料为20号无缝钢管加工而成，根据不同的理论公式计算可得到不同的理论爆破值。）3操作步骤：（1） 关闭卸荷阀10与11（即面板上左右支阀），观察仪器面板上的油标，看油缸中是否有足够的介质油，若油缸中油不足，可从导油杯2中直接加油（一般机油即可）。（2） 启动电机前，须对试验机的十字头滑块、活塞杆等运动磨损件加油润滑；开机后待爆破试件接口3处有油溢出，再关闭电机。（3） 将测量好欲爆破的厚壁圆筒试件预先灌满油（必须排除里面的空气），在出口上贴上一层薄纸（ 防倒转后漏油），倒转后快速旋到爆破试件接口上，用管子钳上紧，罩好保护罩。（4）软件使用与操作4.1窗体界面如下图: 4.2 具体功能:本软件可广泛的应用于实时的数据采集系统。可对采集到的数据进行处理、分析、显示以及保存下来。可以保存在EXCEL中，对以后读取数据的很方便。 软件的界面如下所示：主要组成部分包括曲线显示、压力表实时显示、端口值的选择、数据操作以及图形基本操作部分。界面看起来比较简洁，易于操作和进行数据的监测。软件的各个部分的功能如下:4.3端口值的选择高压爆破装置通过COM口与计算机进行通信，所以端口值选择CMO1或COM2口，一般为CMO1口。选择好后点开始键即开始数据的采集。 在数据采集的过程中，其他按键均处于非激活状态，不可操作。只有暂停之后才可以进行操作4.4数据的打印 点击打印即可进行数据的打印，打印的是当前界面所显示的实验数据。4.5测量测量用于测量曲线上的各个点的压力值，点测量后，选择任