川大过控-专业实验--实验报告----内压薄壁容器应力计算机辅助测试(球形封头).doc

过程装备与控制工程专业实验实验报告实验名称：内压薄壁容器应力计算机辅助测试(球形封头)报告人姓名： 周强 学号： 0843082120 班级： 过程装备与控制工程3班 应力在化工、机械、结构、建筑等领域有着重要的地位，而应力检测更是非常重要，随着技术的不断发展 ，新的测试技术不断出现，通过光学方法可以检测出很精确的应力值。但在工业应用中，一般都用应变片+惠斯通电桥的方法，其操作简单，使用方便而且成本低，所以得到了广泛的应用。1、实验内容1.1 实验目的1）了解实验应力测量的常用方法。2） 掌握仪器设备的基本原理和使用方法。3）分析处理实验测量数据，与理论值进行对比。1.2 实验仪器球形封头容器、120欧姆应变片10、带20个监测点的应变仪DH3818、配套软件。实验用封头规格1.3 实验原理及方法1.3.1原理1）基本原理应力是因为外因或内在缺陷而产生变形时，其内部单位截面上形成的内力，压力容器的应力来自于其内或外的压力。直接测应力是不容易的，通过测量应变而间接测量应力是很方便的。实验中，先用电阻应变计测出容器表面的线应变，通过胡克定律即可算出容器在改方向的应力。薄壁容器的广义胡克定律式中、 位容器经向、环向主应力 E 弹性模量 在此实验中E=2*105MPa 泊松比 实验所用材料=0.28 容器经向和环向主应变 由此根据式很容易计算出容器的各项应力。2）贴片贴片是应力测试的很重要的一步，它关系到测试的精确度和准确度，其最重要在于一要贴紧，二是贴片角度要正确。1.4 操作步骤1) 做好实验准备、认真学习实验安全规程、检查仪器仪表。2) 系统上电，打开计算机、应变测试仪、及配套软件。3) 打开容器出口阀，通过压力表校准仪往容器注油，待气体拍完后关闭容器出口阀，继续注油，分别测出增压和减压时0.2MPa和0.4MPa的应力及应变。4) 试验完后，打开容器顶部出口阀门。2 原始数据记录表1 应力应变实验数据记录表压力0.2MPa0.4MPa应力方向经向环向经向环向增压泄压增压泄压增压泄压增压泄压应力应变应力应变应力应变应力应变应力应变应力应变应力应变应力应变1184112469327287255721872152194132428388308276821780163153102000021718400-1043572951121126114581224152355153153317306629622417316347114493217326722415315331323483162562458357295244214601458124294289194122173133277255296285103262551831535312511317296由原始数据表1 可以计算得增压和减压时的平均值。平均值计算 其中应力可由式计算可得也可以直接用实验计算机已计算好的原始记录的应力值。将整理好的数据写入表2中。表2 实验所得压力-应力表压力0.2MPa0.4MPa应力方向经向环向经向环向114.53926.5722164028.581312.5019.5-0.54321159.523.55015030.5625.516.545.532718.51432.524.583222.55942915.5152628.51028.516.552303、数据处理由表1可以看出第5号经向应变片没有度数，因此可以看出第5号经向应变片可能已经断裂。而三号应变片环向应力始终为0，由此可知3号环向应变片可能脱落，从而导致读数不变。3.1 理论值计算1）筒体应力当P=0.2MPa时筒体上的应力为当P=0.4MPa时筒体上的应力为2）封头应力由于是球形封头当P=0.2MPa时P=0.4MPa时列出理论值表如表3所示。表3 压力-应力理论值压力0.2MPa0.4MPa应力方向经向环向经向环向15101020251010203551010455101055510106551010755101085510109551010105510103.2 结果讨论及误差分析作出压力为0.4MPa时的理论应力分布图如图2所示 图1 球形封头容器理论应力分布图 图2球形封头容器实测应力分布图由图可看出实验所测的应力分布和理论所得的应力分布在数值上和分布趋势上都有很大差别，3.2.1 结果讨论 1）从实测容器应力分布图（图 2）可看出，筒体部分经向应力是环向应力的一半。分头部分应力经向和环向相等，并且是筒体环向应力的一半。2）从表2可看出，当压力增加为2倍后，各部分应力也随着增加为两倍，由此可知容器的应力与压力成正比。3.2.2 误差分析1） 数值上实验与理论值差别分析数值上差别可能有应变仪机应变片误差、容器的原因和人为原因。由表2和表3对比可知，几乎实测值的每一组都比理论值大，由此判定应该是压力表或者是应变检测装置的误差，也又很小可能是容器本生问题，经分析有以下几种可能的情况。A) 压力表在压力大于0是进行调零，导致所测出的压力每一组都小于实际压力。从而导致实测结果偏大B) 应变片的电阻或应变检测仪的误差，使测得的应变比实际应变偏大。C) 容器因为使用时间比较久，其容器壁有一定的磨损，导致计算出的应力理论值比实际值偏小。2） 分布趋势上理论与实验所测的不同在分布趋势上与所计算的理论值不同，主要是由计算方法和容器的制造误差决定得。A） 在封头与筒体连接处，由于结构不连续，其周围会产生很大的不连续应力，所以式（及薄膜应力公式）并不适用于连接处B） 焊缝影响，封头与筒体之间的焊缝可能有残余应力等焊接缺陷，使焊缝处的受力状况发生改变。C） 由于制造误差导致部分地方壁厚或形状并不均匀，导致部分地方应力分布不均。如球形封头并不是完全的球形等。D） 贴片问题，因为贴片时每片应变片与容器壁的贴合程度不同，更重要的是每片应变片贴的角度有一定的