过程装备专业实验实验指导书

1、过程装备专业实验实验指导书武汉工程大学零一五年三月实验一内压容器应力测试实验实验二外压容器失稳测试实验实验三高压爆破综合实验实验一内压容器应力测试实验、实验目的1、掌握对各种压力容器的应力分析研究，要求做到:1）正确合理的选择测点位置。2）测点处布片方案的合理拟定。3）测试对象加载的步骤等。2、掌握静态应变20点以上的测量技能。3、4、初步学会测量数据的处理和测量结果的误差分析。学会使用计算机和数据采集仪对测点应变进行自动数据采集。、实验仪器及设备1、实验对象:实验对象为六组带不同封头的内压容器，参数如下:标准椭圆封头:Di=300mm，S=4mm标准碟形封头:Di=300mm，S=4mm60

2、°锥型封头:90°锥型封头:Di=300mm，Di=300mm ，S=4mm,半顶角300S=4mm,半顶角45°半球型封头:Di=300mm，S=4mm平盖型封头:S=25mm容器圆柱形筒体：Di=300mm ，S=4mm2、容器材料304不锈钢，卩=0.3 E=1.96X 105kg/cm2,最大实验压力2.5Mp静态数字应变仪（SDY2203型3台，预调平衡箱3台）、应变数据采集仪（1台）及计算机（1台），3、实验装置（图1）三、实验原理 1 准备工作 1）测点选择由容器受内压作用时应力分布状况分析，知各个封头曲率比较大的部位，以及封头和筒体连接的部位，应力

3、变化较大。 故上述两区间相应地增加测点数量(具体分布尺寸见现场实验装置)o补偿块卸压阀图1实验装置示意图2) 布片方案实验对象为内压薄壁容器，筒壁应力状态可简化为二向平面应力状态，且主应力方向为相互垂直的经向和环向。因此在测点布片时应沿两向主应力方向垂直粘贴应变 片。3) 加载步骤从0开始加载至2.5Mpa测一次各点应变，再卸载至1.6Mpa测一次各点应变，最后卸载回零，即02.5Mpa 1.6Mpa 0。注意加、卸载速度不应太快。4)应变片接桥形式1)2)3)对容器加载和记录测量数据。4)对应变进行数据采集。实验容器受单一载荷作用的平面应力状态，采用同一温度补偿片的半桥接法。实验现场的主要工

4、作 将测量好的应变片和补偿片，按顺序接在预调平衡箱背面的接线柱上。应变仪和预调平衡箱调整与操作。(详见SDY-2203型静态数字应变仪使用说明)应力计算及实验数据修正1)根据测得的主应变，如下式计算主应力:2）根据相关教材中的理论公式，计算筒体、封头和连接处的b日理，bcp理，实测值与 理论值间的误差为:ee/x100%即” 100%3）应变片横向效应的修正公式:1 卩屮f旳=y伊H名（读1 H1 一卩门H ,、Ecp = - 一（读一Hs 拂）1 H对单向应力状态的测点，即使横向效应系数达5%所产生的误差e日及旳均小于1%因此一般可不修正。工程上，非精准测量时，在平面应力状态下的测点，应变量

5、不大, 一般可以不修正。4）测量连接导线很长时，应进行电阻的修正计算:1+牛式中：名碳一一周向主应变读数;沁经向主应变读数;RlQ测定周向应变的连接导线电阻;Rl®测定经向应变的连接导线电阻;R应变片电阻值匕=0.285H 应变片的横向效应系数;四、实验步骤 1根据选择的测点，确定布片方案，进行容器打磨，戈懺定位，表面脱脂处理，粘贴 应变片，进行防护处理。2、将测量片，补偿片连接导线编号，并记下相对应的测点编号，根据仪器的使用说明, 将测量片，补偿片接入预调平衡箱对应的接线柱上。3、应变仪、预调平衡箱开机预热 30分钟；电脑开机，运行测试分析软件。4、按应变仪、预调平衡箱的操作规程对

6、个测点进行预调平衡。5、系统加载关闭每个试验容器上的“卸压阀”，接通试压油泵电源；观察容器上的压力表指示, 至压力稳定（略高于2.5 MPs）时断开电源，保持压力。6、应变测量协调操作应变仪、预调平衡箱，读取记录各点应变读数。采用计算机自动测量模 式时，操作步骤参见“软件使用指南”。注意：为消除应变片在初次加载时的永久变形，使滞后量趋于稳定，应在使用应 变片测量前，最好先加载卸载几次，再进行正式的测定。7、系统卸载测量微开各容器上的“卸压阀”分别卸载，观察容器上压力表示值，至压力为1.6 MPa时关闭“卸压阀”，按步骤6逐点读取应变读数。8各个压力等级测量完毕后，打开“卸压阀”，给各个容器卸载

7、。卸载完毕后检查一 下各测点的回零情况，关闭测量仪器。五、实验报告绘制容器各测点位置的分布图。2、1.6MPa 2.5MPa压力下各测点的应变读数。3、各测点实际应力值计算。4、各测点理论应力值计算。5、测量误差计算。6、日,按比例绘制四条应力分布曲线图，即 b日理，理，日，bcp。7、对照理论值，试分析实测值中哪些属于“坏点”，哪些属于测量误差，并分析产生 误差的原因。实验二外压容器失稳实验1、实验目的观察圆筒形试件在外压作用下的失稳过程和失稳破坏后的形态。2、验证圆筒形试件失稳破坏时的临界压力与试件失稳破坏压力的实验值比较。3、讨论失稳临界压力和失稳波形的影响因素。二、实验内容采用模拟试件

8、，对几种不同几何尺寸的长圆筒和短圆筒进行外压试验。对于失稳 压力小于大气压力的试件亦可用简单的试验装置抽真空的方法进行试验。主要测定:1、长圆筒试件受均匀横向外压的临界压力值。2、几种不同长径比的短圆筒受均匀横向外压时的临界压力值。3、同时受均匀横向和轴向外压力作用时的临界压力值。三、试验装置试验装置如图1所示。图1试验装置简图对试件施加的外压力采用液压，试件内部和大气相通。为了消除轴向载荷对试件失稳压力的影响，在试件内放一支撑架（顶杆螺栓），以消除轴向压力。如果取掉支撑 架，试件除受均匀横向载荷压力外，还承受轴向压力的作用，可进行双向压作用的失 稳试验。压力表可直接显示出临界压力值，同时通过

9、压力传感器和数据采集仪，计算 机可自动记录实验过程的压力变化趋势曲线，通过对压力数据的分析，得到临界压力 的确切值。软件操作详见软件使用手册。四、实验注意事项1、试验前用精密量具测定试件的几何尺寸及椭圆度。椭圆度取筒体中部最大的直 径Dmax和最小的直径Dmin。用下式计算：Dmax - Dminz =D式中D为公称直径。测量时应该十分小心，防止试件发生变形。2、调节顶杆螺栓的高度，应与被测试件高度一致。若无需施加轴向压力，则把顶 杆螺栓去掉。3、试验时必须缓慢加载，并注意观察压力表指针有无下落回跳。一般试件在失稳 时有轻微的响声发出，这时所显示的压力，即为临界压力值。实验三高压爆破综合实验1

10、、实验目的测定厚壁圆筒的P t曲线，屈服压力和爆破压力，并与理论值比较。2、测试、计算并分析试件爆破时的容积膨胀率。3、观察容器的破坏形式和断口形貌。4、了解咼压爆破试验的基本方法。实验原理对于由塑性较好的材料制成的厚壁圆筒在承受内压 P作用情况下的膨胀曲线，女口图(1)所示。破坏过程大致经过以下三个阶段:A点的压力称弹性极限压力。当压力超过 A点时，圆筒内壁首先屈服，如继续增加内压，则塑性 区就会逐渐向外扩展，直至 B点沿整个圆筒截面屈服，即全部进入塑性状态。此时的 内压力称为整体屈服压力。由于钢材的应变硬化现象。圆筒在达到整体屈服后，承载 能力仍会继续提高。此时筒体的膨胀变形也随之增加至

11、C点，承载能力达到了极限, 最后在D点发生爆破。在达到最大承载能力的 C点时的内压力称为爆破压力。在上述厚壁圆筒逐渐增加内压的过程中， 经历了弹性变形阶段，部分屈服至整体屈服阶段，材料硬化和爆破失效阶段。不同的研究者从理论上分析了各个阶段的应力变化情况，提出了厚壁圆筒最高承载的各种理论计算公式，他们有:1、第一强度理论:PJ -12、第二强度理论:K21P "b 1.3K2 +0.43、第三强度理论:K21Pm 2K24、第四强度理论:P”5、特雷斯卡公式:6、米赛斯公式:2 CTlI n K7、福贝尔公式:8、史文森公式:P（0：25J（-）nb InK9、n+ 0.227 nK

12、-1中经公式：P=2 一K +1以上诸式中：C分别为材料的屈服极限(T S或抗拉强度极限C b,P为与材料屈服限、强度限相应的屈服压力Ps或爆破压力 Pb，K = %，n为应变硬化指数，且有K、n =0.42(1-%)，其中以第四强度理论、福贝尔、史文森和中径公式等所计算的爆 破压力与试验数据比较接近，由于厚壁圆筒的爆破压力与其材料、结构形式、径比 制造质量有关，因此工程上常通过爆破实验将理论公式所求得的爆破压力与实测值比 较，以判断容器制造的质量和设计的安全裕度。1、实验要求测量试件原始尺寸，包括外径、壁厚；了解其材料品种及机械性能。2、测定试件爆破过程中的整体屈服压力和爆破压力值。3、计算

13、试件的理论整体屈服压力和爆破压力值，并与实测值进行比较，计算其误4、测试、计算并分析试件爆破时的容积膨胀率。四、实验仪器及装置1、实验装置：如图（2）所示，由柱塞泵、电动机、溢流和控制组合阀、压力传感器和实验容器组成。液压系统中的溢流阀的压力已调定为60MPa,当压力高于此值2、时，溢流阀开启以保证安全。一般情况下不要随意调节溢流阀。试件采用©9x1.0mm, 304不锈无缝钢管制成，其相关物理参数为:2 2 2 2= 2500kgf/cm , cr4000kgf /cm ，E =1.96咒10 kgf/cm。3、仪表：包括游标卡尺，钢皮尺和超声波测厚仪等。动机9.电五、实验步骤1、熟悉实验装置及流程，初步估算试件的屈服压力和爆破压力。2、实验准备：清理试验装置，加注高位油杯中的液压油，装好试件（不装封口螺 栓）；连接好装置与计算机之间的 USB连接线，运行计算机。3、注油排气：控制柱塞往复运动，给试件注油，直至试件顶部有油溢出，停止注油,安装封口螺栓。4、运行柱