实验二 外压容器的失稳实验
一.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，并与理论值进
行比较，以验证临界压力公式。

3. 观察试件失稳后的波数和波形。

二.实验原理
容器在受内压时，当器壁内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的极限强度时，壳体会突然失去原来的形状而出现被压瘪呈现几个波形。

薄壁容器在失稳前所能承受的最大外压力称为临界压力；临界压力与波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，既有强度问题，还有稳定性问题。

容器丧失稳定性的原因，绝非容器壳体不圆，即使是非常圆的壳体也会丧失稳定性；当然，壳体不圆，容器容易丧失稳定，即它的临界压力下降。

容器丧失稳定性的道理和压杆失稳的道理类同，外压容器的临界压力P cr 与下面因素有关。

< 1 >. 长度与直径之比L
D ；
< 2 >. 厚度与直径之比
S D 0
； < 3 >. 材料的物理性质；
按失效情况，受外压的圆筒壳体有长圆筒、短圆筒之分。

用临界长度（L cr )来作为划分长、短圆筒的界限，当其长度超过临界长度时，属于长圆筒范围。

反之属于短圆筒。

临界长度可按下列公式计算：
017.1S D
D
L cr = ( cm ) ( 1 ) 长圆筒的临界压力公式为：
3
02
)(12D S E P cr μ-= ( Kgf / cm 2 ) ( 2a ) 对于钢制圆筒，取μ=0.3，则上式可写成
3
02.2⎪
⎭⎫
⎝⎛=D S E P cr ( Kgf / cm 2 ) ( 2b ) 短圆筒的临界压力公式可按下式进行近似计算：
P ES LD D S
cr =
25902
0. ( Kgf / cm 2 ) ( 3 )
钢制圆筒的失稳波数
n
D
S
L
D
=
706
2
2
4
.()
( 4 )
以上诸公式中:
D−−圆筒中间面的直径．( cm )
S0−−减去壁厚附加量的壁厚．( cm )
L−−圆筒的长度. ( cm )
E−−弹性模数，碳钢取E=⨯106 ( Kgf / cm2 )
μ−−泊桑系数，碳钢取μ=
三.实验装置
１．手摇试压泵： 2．缓冲罐：３．试验容器：４．薄皮垫：５．Ｏ型橡胶垫６．偏置压块：７。

有机玻璃压盖：８。

密封圈：９：压盖：１０。

试件：
１１．轴向支撑件：Ａ．缓冲罐减压阀：Ｂ．放空阀：Ｃ.卸压阀：ａ．缓冲罐压力表：ｂ．试压容器压力表：
图一
本实验装置由手摇泵，缓冲罐、试验容器等组成（图一），试验容器由螺栓与平板压盖9相连接，平板中心开有圆孔，下垫一块中心开孔的橡皮垫相连接，再下面贴一块中心开孔的薄铁皮，试验时将试件压入橡皮垫的孔内．当容器内的压力升高时，液压将垫片压紧而建立密封；为了消除轴向力对试件的影响，试件中放入支撑件11，支撑件上端顶在压盖7上．压盖中部是有机玻璃，以观察实验时试件的压扁过程．
实验采用的试件为瓷杯，工具有游标卡尺、内卡、外卡、钢皮尺及扳手和钳子等．
四.实验步骤
１．试件放入前，准确测量试件的长度，直径和壁厚，按每隔９００测量一次，取其平均值．
２．将试件放入实验装置的试压容器内，使橡皮紧扣在试件的开口端，以达到密封作用；放入支撑件，再在试件上端放置好垫圈，用有机玻璃压盖压住，最后将偏置压块压住，拧紧螺钉．
３．先关闭阀门a，利用试压泵给缓冲罐加压到一定压力，停止加压；然后打开阀门Ⅱ，缓慢给试压容器放压，直至试件失稳，并记下压力计读数．４．打开阀门C，待试压容器内压力下降到０后，松开偏置压块，取出失稳试件，观察其压扁情况，并测出失稳波数．
五.实验报告要求
１．列表详细记录实验所测各项数据．
２．用公式计算L cr
，，确定试件属于何类圆筒．
３．用图解法和计算法验算试件的临界压力值（P cr）．
4．验算试件失稳时的波数ｎ．
５．将临界压力（P cr）的理论值与实测值比较，得出相对误差的大小，并分析产生和原因．
附：
实验情况记录
表中：Ｄｉ−−−试件内径mm．
ＤＯ−−−试件外径mm.
L cr−−−临界长度值mm；其它符号同前．
e−−−试件圆度.。