实验一内压容器实验指导书1.1内压容器的应力测定安全规程(1)进行内压容器的应力测定时，应注意应变片的位置。

根据各容器受压力作用时的理论应力分析选定各测点的位置，注意径向和环向的测点位置与读数对应。

(2)要注意电阻应变片灵敏系数的调整，然后将各测点的应变片依次接入电阻应变仪进行预调平衡工作，待压力稳定后，用应变仪测定该压力下各测点的应变值。

(3)开始实验时，先打开放空阀和进油阀，启动油泵注入容器，待容器中的空气排放干净后，停止油泵运转。

关闭进油阀，开启回油阀，关闭放空阀，容器内无压力时，再关闭回油阀。

(4)容器加压和卸压时，要缓慢的加压和卸压，不可使容器内的压力进行突变。

(5)读数时，要在容器内的压力稳定后读数。

不能再容器内的压力不稳定的情况下读数。

1.2内压容器的应力测定1.2.1实验目的(1)测定薄壁容器承受内压作用时，圆筒体及各种封头上的应力分布；(2)比较在不同压力情况下实测应力的分布情况，分析理论计算与实测结果差异的原因。

(3)了解“应变电测法”测定容器应力的基础原理和测试技术。

1.2.2实验原理由中低压容器设计的薄壳理论分析可知，薄壁回转容器在承受内压作用时，在离开与封头连接缘处的器壁厚度上将产生径向（轴向）和周向（环向）主薄膜应力σφ、σθ相应的主薄膜应变为εφ、εθ，当它们达到或超过材料的极限强度时，就导致容器的破坏或大面积的屈服；另一方面，当圆筒与封头连接的边缘地区，由于几何形状不连续而造成附加的弯曲应力，与薄膜应力叠加会产生比薄膜应力大得多的边缘应力。

这种应力具有局部性，一离开边缘就很快地衰减。

边缘应力对疲劳失效和断裂失效有很大影响，其大小与容器结构形式。

制造质量和操作条件有关，因此常常需要通过理论计算或实验方法测定其数值大小和分布状况。

对于应变，在材料力学实验中已知道，是通过测量应变片电阻R 的电阻变化率ΔR 来确的，其关系为：ε⋅=∆K RR (1-1)式中K 为应变片的灵敏系数，应变ε为无量纲，测试时应注意应变仪上正确读数。

电阻片的电阻变化率通过应变仪直接变为应变的读数。

又根据弹性理论的胡克定律可知：EEθϕϕσμσε-= （1-2）EEϕθθσμσε-= （1-3）或)(12θϕϕμεεμσ+-=E (1-4))(12ϕθθμεεμσ+-=E （1-5）式中E 弹性模量，本实验容器材料为不锈钢，E=2.0×105MPa ，泊松比μ=0.3。

因此，通过“应变电测法”测得容器中某结果部位的应变后，根据以上应力和应变的关系，就可确定部位的应力。

1.2.3 实验要求(1) 了解各种典型封头容器应变测量时的布片原则和测量方法； (2) 测量容器壳体上各测点在内压0.5,1.0MPa 作用时的应变值； (3) 根据实测的应变值求取测点处的应力值； (4) 比较容器连续区域与不连续区域的。

1.2.4 实验仪器及装置(1)薄壁容器的技术参数如下：、容器A ：筒体D 内=400mm,S=4mm;标准椭圆封头S=4mm ，D/2H=2.0；球形封头R 内=200mm.容器B ：筒体D 内=400mm,S=4mm;锥形封头S=4mm ，α=60°；平板封头t=300mm. (2)实验容器（见附件一和附件二）。

(3)应变电测系统有传感元件（电阻应变片）和测量仪器两部分组成。

根据各容器受力作用时的理论应力分析选定各测点的位置，粘贴与各部位(容器布片图1a～图1d)，并有引出线接口，可与仪器相连接。

测量仪器为静态电阻应变仪（型号XL2101 B5）1.2.5 实验步骤(1) 准备工作a）检查所有阀门是否正常b）检查各连接接口，避免有松动c）观察水箱液位计，确保箱内用量d）检查压力测试容器是否安装正常，固定牢靠。

此时设备准备就绪。

(2) 将100Psi的驱动空气从气源接入；(3)实验容器内贮满油a）选择需要试验的压力容器，打开相应的高压手动阀b）打开相应容器上方的接软管的放空阀c）打开液体入口的手动开关d）缓慢调节气源调压阀 1，使空气压力上升到2～3bar，打开气源开关，这时液体增压泵快速往复运动e）当看到油从放空阀稳定排出，表明已排空容器中的空气，关闭气源开关，在关闭接软管的放空阀f）观察容器内压力是否为零(4)让实验容器“呼吸”一次a）打开气源开关，这时液体增压泵快速往复运动，容器内压力升高b）当容器压力升高到0.5MPa时，关闭气源开关，停止加压c）打开泄压阀，卸除压力d）重复上述3的步骤，排空空气，并使压力回到0(5)按XL2101 B5静态电阻应变仪使用方法，开机检查，然后调平衡，所有的电阻应变片初始值均为0.(6)缓慢调节气源调压阀1，使空气压力升到2～3bar，打开气源开关，这时液体增压泵快速往复运动，将压力升高到设定的压力，然后停止气源开关，关闭相应的进液阀。

注意，最高压力不超过2MPa。

(7)稳定2分钟作用，操作静态电阻应变仪，记录相关测点的应变。

(8)重复6,7步骤，将压力继续升高到另一设定压力并记录应变。

(9)打开卸荷阀，容器内压力降到0即可，实验完毕。

(10)实验完毕后，检查并关闭所有阀门，将各出口封闭。

(11)仪器各旋钮回零，关闭电源，拆除专用连接线，整理现场。

1.2.6 实验报告要求(1) 按实验要求，整理实验记录和数据，并绘制北侧容器应变片布置图。

(2) 简述静态应变测量的基本原理和方法。

(3) 根据应变测量数据，计算实测应力。

(4) 用理论分析计算与测量结果进行对比并分析器误差原理。

实验二外压容器实验指导书2.1 外压容器实验步骤及注意事项2.1.1 实验步骤(1)准确测量试件的长度、致敬和壁厚，每隔90°测量一次，测的平均值。

(2)将试件放入实验装置的受压槽内，橡皮进口在试件的开口端，已达到自紧密封作用，放入顶杆，用压盖顶紧。

(3)开启溢流阀，升压至槽中空气排出既有液体流出为止，管壁溢流阀。

(4)缓慢升压，随时仔细观察压力表上指针读数，指针下跌时的压力既是该容器的临界压力。

(5)关闭仪器，取出试件，观察失稳现象，并归还工具及整理现场。

2.1.2 实验注意事项(1)实验时首先在老师的指导下连接线路，并经老师校核方可进行试验。

(2)实验时需要仔细观察实验现象，如有异常情况要及时报告实验老师。

(3)要爱护实验仪器，遵守有关仪器使用规范。

(4)实验完毕要打扫实验场所，切断电源开关和水源开关。

2.2 外压容器的失稳试验2.2.1 实验目的(1)观察薄壁容器在外压作用下丧失稳定的现象。

(2)测定圆柱形薄壁容器在外压作用下丧失稳定的临界压力，观察试件失稳后的波形和波数，并于理论值进行比较，并分析误差原因。

2.2.2实验原理2.2.3圆柱形容器在受压力作用时，当容器内部的应力超过材料的极限强度时，便引起容器的破坏。

对于在某一外压作用下的容器，往往强度能满足要求，即器壁内的压应力还未达到材料及极限强度时，壳体会突然失去原型出现被压瘪，并呈现出两个或两个以上的波形数。

薄壁容器在失稳前所能承受的最大外压力称临界压力，临界压力与波形数决定于容器的长度对直径的比值及壁厚对直径的比值。

因此，对外压容器而言，即有强度问题，还有稳定问题。

按照失效波形数情况，受外压的圆筒形壳体有长圆筒、短圆筒之分。

用临界长度来划分长圆筒和短圆筒的界限，当其长度超过临界长度时，术语长圆筒范围，反之属于短圆筒。

临界长度可按下式计算：DS D L cr /117.10= （2-1）长圆筒的临界压力公式为：302)(12DS E P cr μ-=(2-2a)对于碳钢质圆筒，取泊松比μ=0.3 则公式（2a ）可改写成：30)(2.2DS E P cr =（MPa ） （2-2b ）短圆筒的临界压力和波数可按下式进行近似计算： 3200020)(59.259.2DS DS DL E S D LDES Pcr ==(MPa) （2-3）402)()(06.7D S D L n =(2-4)以上诸式中：S 0：圆通的壁厚（cm ）； D ——圆筒中间面的直径（cm ）； L ——圆通的长度（cm ）；E ——弹性模数：碳钢取E=1.968×105MPa N ——波数。

2.2.3 实验要求(1)测量试件的原始尺寸，包括外径、壁厚、计算长度和椭圆度。

(2)测定试件的外压力；(3)计算试件理论临界压力，与实验所得临界压力进行比较，并分析其误差原因。

2.2.4 实验用仪器及装置(1)实验装置如图2-1所示，空压机（10）将空气压入稳压机（6），槽内压力保持在0.6MPa ，通过控制阀（4）向受压槽缓慢升压，直至实验容器（1）失稳破坏为止。

压力表可直接指示临界压力。

此外还可用压力传感器及贴于筒体内壁的亚影片所测得的信号输入x-y 函数记录仪自动绘制的p-ε曲线上读取临界压力的确切值。

(2)仪器(a)Z-0.03/T空压机；(b)游标卡尺，壁厚千分尺和直尺；(c)PBR-2/10压力传感器，YD-15动态应变仪和LZ3-204x-y函数记录仪。

2.2.5 实验步骤(1)准确测量试件的长度、直径和壁厚，每隔90°测量一次，测得平均值。

(2)准备工作a）检查所有阀门是否正常b）检查各连接接口，避免有松动c）观察水箱液位计，确保箱内用量d）将储压容器储满水e）检查电源是否接通f）检查三位四通手动阀是否在中间机能位，气缸为关闭状态此时设备准备就绪；(3)将100Psi的驱动空气从气源接入。

(4)将气源调压阀1、2调至零点（松开），观察气源压力表1.2为零位，同时关闭高压手动阀、卸荷阀。

(5)缓慢调节气源调压阀2使空气压力升到2～3bar，切换三位四通使气缸运动，检查工作是否正常，切记气源压力不宜过大，过大会对压紧机构产生冲击。

(6)调整换向阀位置，使机构处于开启状态，然后把换向阀放在中间机能的位置。

(7)外压试件的安装a）检查储压容器是否灌满水b）外压试件上套上密封圈，可先套入O型密封圈，再套平垫c）在外压容器内放入顶杆，置于中心位置d）将外压容器压入初压容器水中，看到水溢出e）盖上盖板切换换向阀，气缸升起，机构压紧盖板，然后切换向阀到中间机能位(8)打开液体入口的手动开关。

(9)缓慢调节气源调压阀1使空气压力升到2～3bar，打开气源开关，这时液体增压泵快速往复运动，同时观察高压压力表的压力是否上升。

(10)打开卸荷阀，让连接管路中的空气排空，关闭卸荷阀继续打压直到压力表回到实验初设的压力；根据实验要求进行打压。

(11)关闭防爆玻璃移门，打开高压手动阀，对被试件进行打压，应注意缓慢升压，随时仔细观察压力表上指针读数，指针下跌时的压力既是该容器的临界压力。

(12)关闭高压手动阀、关闭气源开关，泵停止工作。

(13)打开卸荷阀，排空打压液体；实验完毕。