过程设备设计实验

过程设备设计实验

实验1 应力应变测量实验

1 实验目的

了解薄壁容器在内压作用下，壳体.封头的应力分布情况，验证薄壁容器应力计算的理论公式。初步掌握应力电测法的实验操作技能。

2 应力测量理论

内压薄壁应力值：

经向应力（轴向应力）为：14n pD σδ= 环向应力（周向应力）为：22n

pD σδ=

其中：

p —操作压力，MPa ；

D —容器筒体中面直径，i n D D δ=+，mm ； i D —筒体内径，mm ；

n δ—筒体壁厚，mm ； 1σ—筒体经向应力，MPa ； 2σ—筒体环向应力，MPa 。

3 实验原理

. 测量出筒体的轴向应变和周向应变，根据虎克定律求得薄壁圆筒的应力1σ、2σ ：

1122

()1E σεμεμ=

+- 2212()1E σεμεμ

=

+-

其中：

E —材料的弹性模量，对于碳钢52.110E =⨯MPa ；

μ—泊松比，对于碳钢 0.3μ=； 1ε—测定的轴向应变值；

2ε—测定的周向应变值；

1σ—轴向应力，MPa ； 2σ—周向应力，MPa 。

利用金属丝的电阻随其变形而变化的电阻应变效应而工作的。电阻金属丝的电阻R 为：

L

R F

ρ=

当电阻丝受拉伸变形时，其长度、截面积、电阻率分布改变了L ∆、F ∆、ρ∆，因而电阻值也改变了R ∆，

2

L

L R L F F F F

ρ

ρρ

∆=

∆-

∆+

∆

R L

F

R

L

F

ρ

ρ

∆∆∆∆=

-

+

∵L L

ε∆=

∴

2

2

2

2

2

1

1

1

2()

[()]/2

2444

F

d d d d d d d d F d

d

πππμε∆∆-∆∆=--∆=≈=-

电阻变化率： 2s R K ρ

εμεερ

∆∆=++

=

(

)/(12)(

)/s R K R

ρ

εμερ

∆∆==++

其中：

s K

——电阻丝灵敏系数，受几何形状变形关系(12)μ+压阻系数(

)/ρ

ερ

∆ 的影响。

用电阻丝绕制而成的电阻应变片，还受到黏结剂、基底、横向布置的电阻丝变形等的影响。将之综合表达为，电阻应变片的电阻变化率与其长度方向的应变有如下关系：

R L K

K R L ε

∆∆==

其中：

K

——电阻应变片的灵敏系数，一般由制造厂商从产品中按一定比例抽样，在单向应力状态下（弹

性范围内）从标定装置中由实验方法得出。在应变片包装上标明其平均值及误差范围。一般

K

值范围在1.7～3.6之间。

4 实验器材

压力泵， 平盖压力容器，YJ-5型静态应变仪，YJ －22型静态应变仪器，YJZ －22平衡箱，应变片，丙酮，导线，电烙铁等。

5 实验步骤

（1）连接电源，打开应变仪预热5分钟； （2）将平衡箱调零；

（3）给压力容器加压至0.5MPa 。稳压20分钟，然后测量各点应变值； （4）再给压力容器加压至1MPa 。稳压20分钟，然后测量各点应变值； （5）卸压，关电源。

6实验报告要求

将记录的实验数据用表列出，并按照虎克定律计算出压力容器测试点处的薄膜应力，并且分析产

生误差的原因。

实验2 外压容器失稳试验

1 实验目的

（1） 观察外压容器的失稳破坏现象及破坏后的形态。 （2） 验证外压筒体试件失稳时临界压力的理论计算式。

2 实验内容

对长圆筒和短圆筒进行外压实验。

3 失稳现象

承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹；载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈曲或失稳。

4 临界压力

壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力，以cr p 表示。 临界压力的理论计算公式如下: （1） 长圆筒

○1当t

p

cr σσ<时采用勃莱斯公式： 3

2

)

(

12o

cr D t E p μ

-=

当0.3μ=时， 3

)

(2.2E o

cr D t p =

临界压力 2t

o cr cr D p =σ

（2）短圆筒

采用拉姆公式： t

D p o o

cr LD

2.59Et 2

=

（3） 刚性圆筒

对于短而厚的刚性圆筒，其破坏是由于强度不足而引起的，一般不存在稳定性问题，只需强度校核： ][C -2y pD σφ

δσ≤=）（

其中：

][y σ—材料的许用压应力，可以取4

][s

y σσ=

；

σ —压应力，MPa ；

C

— 壁厚附加量，mm ；

ϕ－焊缝系数，1ϕ=。

（4） 受轴向压力的圆筒

受均布轴向压缩载荷圆筒的临界压力为