应变仪应用结题报告课件

欢迎各位评审专家光临指导自治区特种设备检验研究院动态应变仪测试气瓶残余变形率的技术应用

任务来源2008年，自治区特种设备检验研究院向新疆维吾尔自治区质量技术监督局提出”动态应变仪测试气瓶残余变形率的技术应用”的研究项目申请，于2008年获得区局2009-2010年度科研计划立项批准。立题依据将动态应变仪应用在气瓶残余变形率测定上，在受测气瓶相应部位贴应变片或应变花，可直观的测出气瓶在受压过程中随压力发生的不同形变，通过测试软件可直接测出气瓶残余变形值。通过多应变片的分布，多通道应变仪分析,还能测出最大或最小的部位，由于是应力-应变-电信号的转变，可避免机械测试的误差，具有较高的准确性。国内外文献查新这项检测核技术目前还是一项空白，国内尚无文献报道。技术路线及研究内容⑴分析传统的水压回溯测定法（内测法）等测定高压气瓶残余变形率的特点，找出课题的主要切入工序点和方式。⑵传统的水压回溯测定法（内测法），方法简单但偏差大，受检测人员主观或设备仪器客观影响大，检测规律及理论规律不好总结，更重要的是检测费用成本相对较高。应用MCGS等软件模拟出传统的测定工艺及参数，为后续对比提供数据。⑶运用应力应变仪，对各类气瓶进行大量试验，测定数据并总结分析，这一步是课题的重点。⑷对比应变仪法和传统法测定特点，分析吻合度及规律性的特点。借助计算机ANSYS应力应变分析仿真软件，模拟找出规律可循的应力应变薄弱点，总结出这一类钢瓶的在用检验规律。⑸检测结果，为用户出具（类似医院B超检测单）图文并茂的检测报告。⑹整个服务阶段分试验模型建立、试验组态、实际钢瓶测定、数据采集处理、计算机模拟、规律总结出报告等过程。技术路线及研究内容参加人员一览表单位人员名称职称/职务专业特长任务分工自治区特检院尚巍高工

总负责新疆大学孟永彪副教授

试验室自治区特检院杨熙总工

现场试验自治区特检院于国新正高工

现场试验自治区特检院万林青工程师

现场试验自治区特检院姜秀海工程师

现场试验新疆大学李悦研究生

MCGS等软件模拟新疆大学文洪江研究生

数据分析新疆大学黎玉萍研究生

数据分析课题主要内容

绪论电测法技术原理气瓶结构与受力分析电测法技术应用----应变法检测实例实验分析

ANSYS/UG分析MCGS及自动检测技术及其应用3157246CNG技术是压缩天然气技术的简称。(CompressNaturalGas)

是指采用特制的储气钢瓶，在充气站通过加压设备将天然气压缩至瓶内贮存。

1.CNG技术2.CNG气瓶3.CNG气瓶检验检测新方法的研究绪论世界CNG汽车及CNG加气站分布与数量

CNG世界CNG汽车数量柱状图CNG气瓶检验方法

CNG气瓶检验水压试验(关键)测定残余变形率1、内外宏观检验2、超声波检测

3、磁粉探伤

4、重量容积5、水压试验

6、气密性试验

应变电测法水压试验内测法

水压试验外测法

132残余变形率测量方法残余变形率测量水压试验内测法优缺点对比(1)装置比较简单

(2)气瓶发生泄露易被发现(4)检测严格,不会放过失效气瓶(3)可以进行批量检测优点

(1)计算过程复杂(2)不能进行缺陷评定(3)残渣、气泡引起误差较大(4)增加产品报废危险缺点

课题的研究背景、内容和意义结合新疆实际，研究新方法，以期得到钢瓶形状—介质—使用工况—地域等参数影响钢瓶变形的规律性特点，提高检测效率。（1）分析传统水压试验内测法测定高压气瓶残余变形率的特点。（2）运用应力应变仪，对气瓶进行大量试验，测定气瓶的残余变形率并与传统水测法进行对比分析。

课题研究成果可以提高气瓶的检测效率。增加安全系数，有效提高在用气瓶的缺陷检出率。本文的研究结果为应变仪在检测中的应用开拓了新视野，为建立气瓶数据库迈出了重要一步。背景内容意义第2章电测法技术

应变片介绍

应变花介绍

应变仪组成及工作原理

DASP软件系统41232.1

应变片原理电阻应变片的构造，把一根高电阻率的金属丝按图排绕后，胶水粘结在基体上，焊上引线构成。将应变片粘贴在构件的表面，随构件一起变形，电阻值随之变化,测定构件应变。90°应变花45°应变花60°应变花2.2应变花原理如右图所示，可测量同一点沿几个栅轴方向的应变片组合，称为多轴应变片，俗称应变花。应变花主要用于测量平面应力状态下一点的主应变和主方向，有着广泛的应用。试验现场的应变花贴片如下图所示。

60°应变花45°应变花应变花应变仪的基本原理是用应变片感受到物体表面应变；通过惠斯登电桥完成应变—电测的转换与电信号的放大，利用电路进行电信号的测量，显示出应变值。2.3应变仪组成及工作原理电测法的原理框图如图所示

粘贴应变片的试件↓应变仪对应的实物图图如图所示

电桥盒电桥输入信号采集仪AD数模转换Dasp软件数据采集电源↑↑Coinv软件包2.4DASP软件主界面设置

设置值如界面显示，设置完成点击示波就可以实时监测波形。采样时点击“采样”按钮即可。DASP采样参数设置界面DASP软件示波采样界面DASP软件模拟排气过程

图4：DASP软件模拟动态升压过程（0MPa~10MPa）

图3：DASP软件模拟动态升压过程（0MPa~20MPa~0MPa）如图所示：气瓶0~20MPa升压过程，应变在20MPa达到最大值为：1289.545με。卸压后，应变值回归到初始状态，但是还有一定差值。DASP软件模拟动态升压全过程最大峰值平均值平均幅值有效值方根幅值标准差偏度指标偏态因数峭度指标峰态因数波形因数脉冲因数峰值因数裕度因数DASP中的时域指标变理论部分传统水测法计算公式试验步骤推导依据实例计算分析讨论公式推导应变法实验流程气瓶结构受力分析试验部分应法

本课题是新疆维吾尔自治区质量技术监督局2009年度立项与新疆大学联合科研项目2.气瓶结构分析及其特征点1—球形封头任意处2—球封切线处3—封头直变段连接4—筒体几何中心点5—几何中心对比点6—球形封头顶点处（1）CNG钢瓶是批量生产的标准化产品，个体差别小，个体样本能反映产品总体特性。（2）CNG钢瓶是薄壁回转体，柱形或球形轮廓对称性好。个体的同形状各处差异不大。（3）根据ANSYS分析，特征点形变具有代表性。测量特征点形变后，结合应变—位移理论，得到容积的变形值。进而计算出气瓶的容积残余变形率。应变法容积残余变形率测定与推导的依据内压圆筒环向应力示意图内压圆筒轴向应力示意图封头环向轴向应力示意图应力应变基本公式筒体微元受力分析

微元体位移示意4.应变法推导过程示意应变变化容积变化外径变化推导出气瓶容积残余变形率钢瓶变形前体积：钢瓶升压变形后体积：钢瓶受压前后体积变化量：代入对应应变公式计算，求出容积全变形值：钢瓶卸压后，末状态与初始状态对比体积差：代入对应应变公式计算，求得容积残余变形值：残余变形率计算公式：应变法法测量气瓶容积变化及残余变形率计算公式水压试验内测法测量气瓶容积变化及残余变形率计算公式水压试验残余变形率计算公式：

其中：η受试气瓶的容积残余变形率，%；ΔV‘受试气瓶的容积残余变形值，ml；ΔV受试气瓶的容积全变形值，ml；其中ΔV按下式计算：

式(1-2)中，A为受试气瓶在试验压力的总入水量，ml；B为承压管道在受试压力下的压入水量，ml；V为受试气瓶试前的实际容积，ml；Ph为受试气瓶的试验压力下的压入水量，ml；βt

为在试验温度和受试气瓶试验压力下水的平均压缩系数，MPa；1—水压试验机2—压力表3—受测钢瓶4—水压试验台5—量筒6—惠斯通电桥路盒7—数据采集仪(数模转换器)8—应变仪9—计算机10—应变片5.试验流程

实验前期处理实验过程数据采集实验设计分析与讨论123称重静水、测量数据示波采样DASP调试标定试件处理应变片粘贴焊接、接线、检查阻值应变仪调试数据采集实验前处理测壁厚记录数据称重静水测量气瓶的实际重量与实际体积检验气瓶各特征点的壁厚，并对结果进行UG/ANSYS建模分析。气瓶原始数据气瓶实测数据称重静水、记录数据

气瓶抛丸除锈

特征点划线

气瓶表面打磨132试件处理试件处理应变片粘贴粘贴：A胶均匀涂抹应变片上，将B胶均匀涂抹在试件上用纱布轻压应变片，施加一定的预紧力；

工具：302胶、60~150w电烙铁、焊锡、松香焊接、接线、检查阻值焊接接线查阻应变仪调试动态应变仪开机，预热半小时。开机应变仪“功能选择”置于“正校”，将“校准”一栏置于“0000”，点击“微调”按钮“自动平衡”，直至达到平衡。调试采样启动DASP，点击“示波采样”，进入采样环境，窗口中显示每个通道对应波形。标定读取在“0000”状态下平均值A1

差分得到标定值读取在“1000”状态下平均值A2标定值

DASP软件模拟动态升压过程（10MPa~33.4MPa）

如图所示：原点为10MPa左右，其中测点1，3为气瓶环向应变，测点2、4为气瓶轴向应变。现场贴片图DASP软件模拟动态升压过程

由上图所示：在保压过程中，所测点对应振动波形均有轻微下降趋势。DASP软件模拟保压过程（0MPa~20MPa）现场贴片图DASP软件模拟动态保压过程

DASP软件模拟降压过程（0MPa~20MPa）

如图：曲线1、3为环向应变变化；曲线2、4为轴向应变变化；曲线5为温度补偿曲线。

气瓶对比组贴片图DASP软件模拟动态卸压过程表3-1测点应变表格（以平均值计）表3-2量筒水位变化备注：采样1---初始状态；采样4---升压至33.4MPa状态（立即）；采样5---升压至33.4MPa状态（保压2min后）；采样7---33.4MPa归零状态（立即）；采样8---20MPa归零状态（稳定1min）；采样9---33.4MPa归零状态（稳定2min）；采样10---33.4MPa归零状态（稳定3min）;采样15---20MPa;采样18---20MPa归零状态（立即）；采样19---20MPa归零状态（稳定2min）；采样20---升压至10MPa状态（立即）；采样21---升压至10MPa状态（稳定2min）；采样22---10MPa归零状态（立即）；采样23---10MPa归零状态（稳定2min）；测点应变表格

应变花贴片图测点应变Excel折线图（以平均值计）备注：采样1---初始状态；采样2---升压至33.4MPa状态（立即）；采样3---升压至33.4MPa状态（保压2min后）；采样4---33.4MPa归零状态（立即）；采样5---33.4MPa归零状态（稳定1min）；采样6---20MPa归零状态（稳定2min）；采样7---20MPa归零状态（稳定3min）;采样8---20MPa;采样9---20MPa归零状态（立即）；采样10---20MPa归零状态（稳定2min）；采样11---升压至10MPa状态（立即）；采样12---升压至10MPa状态（稳定2min）；采样13---10MPa归零状态（立即）；采样14---10MPa归零状态（稳定2min）；测点对应Excel报表=0.00236879=2368.79μ=554.5μ=0.00097538=975.38μ理论计算应变值6.ANSYS 建模分析1234、56特征点的选取应变法计算气瓶残余变形率应变由如前推导公式：代入计算=0.0585381-0.0582858=0.0002523=252ml=0.5828546-0.5828584=-0.00000038=-0.38ml应变法计算气瓶残余变形率应变应变法计算气瓶残余变形率应变水测法计算气瓶残余变形率残余变形计算公式：为温度的函数其中：已知：进水量A=930ml；管道承压进水量B=10ml;原始体积V=50000ml;20°的=0.01303MPa;=0ml;结果：

ΔV=251.3ml;

η=0表3-3测试结果数据对比通过对比理论计算、ANSYS模拟分析、应变法和水压法的结果，我们得出：（1）应变法和水压测试方法的计算结果基本一致。测试钢瓶的残余变形率检测符合国家标准。（2）理论计算、ANSYS分析结果与实际检