内压薄壁容器的应力测定实验

图1 应变片结构简图图2 电桥测量原理图
补偿电阻K R 用以消除因温度影响而产生的测量误差，它与测量电阻M R 阻值相同并在
同一温度条件下，但不承受载荷，故对M R 受温度影响有补偿作用。

三、实验装置 试验容器的筒体用325DN ，壁厚为mm 8的无缝管制造，具体尺寸如图3所示：
四、实验步骤：
1．了解试验装置（包括管路、阀门、容器、压力自控泵等在实验装置中的功能和操作方法）
及电阻片粘贴位置，测量电气线路，转换旋钮等。

2．电阻片的粘贴步骤和方法：
（1）根据选择的测点位置，用砂纸打光；再按筒体的经线和纬线方向用划针或铅笔划出
测点的位置及方向；以后再用棉球、丙酮等除去污垢。

图3 试验容器A 和容器B
（2）测量电阻应变片的电阻值，记录电阻片的灵敏系数，以便将应变仪灵敏系数点放在
相应的位置上（实验室已准备好）。

（3）将“502”胶液均匀分布在电阻片的背面（注意：胶液均均匀涂在电阻片反面，不可
太多，引出线须向上）。

随即将电阻片粘贴在欲测部位，并用滤纸垫上，施加接触压力，挤出贴合面多余胶水及气泡（注意：电阻丝方向应与测量方向一致，用手指按紧一至两分钟）。

（4）在电阻片引出线下垫接线端子（用胶液粘贴），用于电阻应变片的引出线和测量导线
的焊接连接（测量导线和仪器的连接以及补偿片的粘贴已由实验室准备好）。

（5）电阻片的粘贴步骤和方法可由指导教师讲清要点和示范粘贴后再进行，所有粘贴的
电阻片和焊接接线经指导教师检查合格后，再进入应变测量仪器测量的调节步骤。

3．了解YJ —31型静态电阻应变仪和R P 20－25型预调平衡箱的使用方法。

YJ —31型静态电阻应变仪和R P 20－25型预调平衡箱如图4和图5所示，使用方法
如下：
（1）半桥测量时将D 1DD 2点用连接片连接起来并旋紧(已连接好)，开关置于“本机”状态。

将标准电阻分别与A 、B 、C 接线柱相连，A 与C 接线颜色相同。

（2）按下“基零”键，仪表显示“000”或“-000”（表示内部已调好）。

（3）按下“测量”键，显示测量值，调节面板“调零” 旋钮，将测量值调到“0000”或“-0000”。

（4）按下“标定”键，显示—10000附近值（内部已调好，灵敏系数按工作应变片的标准
已由实验室调好）。

（5） “本机、切换”开关置于“切换”状态，进行10点测量不用R P 20－25型预调平
衡箱时，将测量导线接在主机工作片接点上，升压前，将主机按钮切换开关分别置于“1～10”档，调节主机相应电阻平衡调零电位器，使应变仪显示为“+0000”。

（6） 进行多点测量时将被测量的的应变片分别与对应点的A 、B 、C 接线柱相连，而主机
的A 、B 、C 接线柱上的标准电阻去掉。

被测量的的应变片与仪器连接方式，与接在
图四
YJ —31型静态电阻应变仪正面图 图五 R P 20－25型预调平衡箱正面图
工作片补偿片
实验二外压薄壁圆筒形容器失稳实验
可由下式计算：
短圆筒：短圆筒失去稳定性时，波数n>2,如为3，4，5……，其波数n可近似为：
四、实验步骤及注意事项：
1. 测量试件的有关参数：壁厚(t)，直径(0D)，长度（L）。

用千分卡测壁厚，用游标卡尺
D由内直径加壁厚得到。

各参数分别测量两测内直径（便于精确测量）和长度，外直径
到三次，计算时取平均值。

2. 按图二所示安装实验设备，先用手摇泵将透明容器内的水升至容器的约三份之二处;将外压圆筒试件6置于平板顶盖上，试件与平顶盖间用垫片5密封（试件折边上下各放一垫片）；用压紧法兰4通过四个密封螺母2将试件压紧到平板顶盖上。

3. 将圆筒底垫块8 (一大一小) 置于外压圆筒底部，把心轴7置于圆筒底垫块的中心孔中,再将横梁1压在心轴7上，通过两个压紧螺母2上紧(用手旋紧既可)；以此抵消试件承受的轴向载荷。

4. 用手摇泵缓慢升压至试件破坏为止（试件破坏时有轻微的响声），记下容器的失稳压力（即
p）。

失稳后不可再升压。

有轻微响声时的瞬间压力,此压力为临界压力
cr
5. 打开手摇泵的开关卸压，待压力为零后取出试件，观察失稳后试件的形状并记下波纹数。

6. 关上手摇泵的开关，清理好实验备件和工具。

五、实验报告：
1. 列出测量所得的试件几何尺寸数据。

2. 验算波纹数n。

3.计算容器的临界压力并与实测值进行比较。

4.计算临界应力.
5. 讨论、分析试验结果，分析误差原因。

图1 压力与流量变化的关系
另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降，但材料强化作
（4） 打开计算机，点击桌面“CRAS 1.5V ”进入随机信号与振动分析系统；再点
击“数据采集及处理ADCRAS ”，进入“CRAS ”界面。

（5） 点击“作业”在文件名编辑栏输入要创建的新文件名，见图3，然后点击“打
开”
（6） 点击“参数设置”，弹出“参数设置”对话框，选项“采样频率”选择1280；“工
程单位”选择a MP ；再选择“校正因子”，见图4。

（7） 确定上述选项后进入“趋势图”菜单，在它下面有“时间设置”、“趋势采集”、
“趋势显示”和“设置截距”四个子菜单。

在“设置时间”对话框有“请输入总时间”，单位是秒，输入估计此次实验所用总时间；“间隔记录时间（≥200ms ），单位是毫秒，选200的倍数，一般输入“200”；在“设置截距”中的每个通道
图3 创建的新文件名的界面
图4 设置各参数的界面
对应的零工程单位对应的毫伏数为“1000”，对应通道数为“1”，如图五。

图五趋势图菜单设置各参数的界面
（8）确认完上述参数后，点击“趋势采集”子菜单，此时打开实验机的泵电源，微机将跟踪爆破试件整个实验过程的压力变化直至爆破。

（9）试件爆破后关闭电源，将计算机中本次实验创建的新文件名存盘，打印出整个实验过程曲线和有关记录；将爆破后的厚壁圆筒试件拆下。

五、实验报告：
1．讨论分析试件破坏的情况
2．将实测的爆破压力和各种理论公式的计算结果进行比较，并进行分析讨论。

应变仪可测得筒体内外壁面的应变值，应变仪的原理及结构见实验一中所述。

贴在容器筒壁上的电阻片由于温度的变化，会产生一定的变形从而给测量带来一定误差。

粘贴在容器内壁面上的电阻片除温度影响外，因受容器内介质压力的作用（见图二），也会造成变形使电阻值发生变化，给测量带来误差，这种现象称电阻片在高压下的“压力效应”。

无论是由温度变化还是压力效应所引起的误差都必须消除。

消除这些误差的方法即称“补偿”。

温度补偿的方法在试验三中已经用过，而高压液下的补偿方法常用的有两种：即外补偿及内补偿。

内补偿：将工作片贴在容器内壁面上，外补偿片贴在与筒体相同材料的试块上，试块安放在容器内，并尽量靠近工作片（见图三）。

当容器内承受压力时工作片及补偿片的温度、压力条件基本相同，此时工作片的压应变为：
'
'T
εεεε++=压工 补偿片的应变为：
∙
∙
++=T
P εεεε压补
式中：P ε－试块由于受到介质三向压力而引起变形从而使补偿片产生的应变。

'
压
ε,∙
压ε－工作片和补偿片由于压力效应而引起的应变。

'T
ε，∙
T ε－工作片和补偿片由于温度效应而引起的应变。

因工作片和补偿片靠得较近，温度压力条件基本相同，故认为： ∙
≈压压
εε
' ∙
≈T T
εε'
如将工作片和补偿片同时接近电阻应变仪的两个桥臂上，（工作片接AB ，补偿片接BC ）
则应变仪读数为：
∙
∙-T p T
εεεεεεεεε－－＋＋＝－＝压压补工读''
因为 ∙
≈压压εε
' , ∙
≈T T
εε' ,故 p εεε－＝读
图二 电阻片的压力效应 图三 内补偿
由于试块承受三面均匀压力（如图四）故三个
图五实验容器尺寸图
实验五换热器综合性能测试实验
一、实验目的：
1．通过测定换热器冷、热流体的流量，测定换热器的进出、口温度，熟悉换热器性能的测试方法。

2．了解套管式换热器，螺旋板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别。

3．通过测定参数计算换热器流体的热量；计算换热器的传热系数及效率；分析换热器的传热状况，加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力差别的理解；
二、实验装置及工作原理：
1．概述
本换热器性能测试试验装置，主要对应用较广的间壁式换热器中的三种换热：套管式换热器、螺旋板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。

其中，对套管式换热器和螺旋板式换热器可以进行顺流和逆流两种流动方式的性能测试，而列管式换热器只能作一种流动方式的性能测试。

换热器性能试验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。

2．实验装置参数
本实验台的热水加热采用电加热方式，冷—热流体的进出口温度采用数显温度计，可以通过琴键开关来切换测点，试验台参数如下：
（1）换热器的换热面积{F}：
.0m2
套管式换热器：45
.0m2
螺旋板式换热器：65
.1m2
列管式换热器：05
（2）电加热器总功率： 9.0KW
（3）冷、热水泵：
允许工作温度： <80℃额定流量： 3m3/h 扬程： 12m
电机电压： 220V 电机功率： 370W
（4）转子流量计型号：
型号：LZB－15
流量：40－400升/小时
允许温度范围：0－120℃
3．实验装置工作原理图：
本实验装置采用冷水可用阀门换向进行顺逆流实验；工作原理如图一所示，换热形式为热水——冷水换热式。

三、试验操作 1.实验前准备：
（1）熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能； （2）打开所要试验的换热器阀门，关闭其它阀门； （3）按顺流（或逆流）方式调整冷水换向阀门的开或关；
（4）向冷－热水箱充水，禁止水泵无水运行（热水泵启动，加热才能供电）。

2.实验操作；
（1）接通电源：启动热水泵（为了提高热水升温速度，可先不启动冷水泵），并调节好合适
的流量；
（2）调整温控仪，使其能使加热水温控制在80℃以下的某一指定温度；
（3）将加热器开关分别打开（热水泵开关与加热开关已进行连锁，热水泵启动，加热才能
供电）；
（4）利用数显温度计和温度测点选择琴键开关按钮，观察和检查换热器冷－热流体的进口
速度。

待冷－热流体的温度基本稳定后，即可测读出相应测温点的温度数值，同时测读
图一 换热器综合实验台原理图
1-水泵 2-冷水箱 3-冷水浮子流量计 4-冷水顺逆流换向阀门组 5-列管式换热器 6-电加热水箱 7-热水浮子流量计 8-回水箱 9-热水泵 10-螺旋板式换热器 11-套管式换热器
式中 21p p C C ，—热，冷流体的定压比热 [J/Kg *℃]] 21m m ，—热，冷流体的质量流量 [Kg/s] 21T T ，—热流体的进出口温度 [℃] 21t t ，—冷流体的进出口温度 [℃] 211t T T -=∆ [℃] 122t T T -=∆ [℃]
F —换热器的换热面积 [m 2
]
[注]热、冷流体的质量流量21m m ，是根据修正后的流量计体积流量读数21V V ，再换算
成的质量流量值。

2． 制传热性能曲线，并作比较：
（1）以传热系数为纵坐标，冷水（热水）流速（或流量）为横坐标绘制传热性能曲线； （2）对三种不同型式的换热器传热性能进行比较。

五、实验注意事项
1． 热流体在热水箱中加热温度不得超过80℃； 2． 试验台使用前应加接地线，以保安全。

26。