内压容器应力测定实验报告

实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：实验4 内压容器应力测定实验（平盖封头）

一、实验目的

1、掌握对各种压力容器的应力分析研究，要求做到：

1) 正确合理的选择测点位置。

2）测点处布片方案的合理拟定。

3）测试对象加载的步骤等。

2、学会使用计算机和数据采集仪对测点应变进行自动数据采集。

3、初步学会测量数据的处理和测量结果的误差分析。

二、实验仪器及设备

1、实验对象：

实验对象为六组带不同封头的内压容器，参数如下：

标准椭圆封头：Di=300mm，S=4mm

标准碟形封头：Di=300mm，S=4mm

600锥型封头：Di=300mm ，S=4mm，半顶角300

900锥型封头：Di=300mm ，S=4mm，半顶角450

半球型封头：Di=300mm，S=4mm

平盖型封头：S=25mm

容器圆柱形筒体：Di=300mm ，S=4mm

容器材料304不锈钢（相当于0Cr18Ni9），μ=0.3 E=1.96×105kg/cm2，最大实验压力2.5Mp

2、静态数字应变仪（SDY—2002型3台，预调平衡箱3台）、应变数据采集仪（1台）及计算机（1台），

3、实验装置（图1）

三、实验原理

1 准备工作

1）测点选择

由容器受内压作用时应力分布状况分析，知各个封头曲率比较大的部位，以及封头和筒体连接的部位，应力变化较大。故上述两区间相应地增加测点数量（具体分布尺寸见现场实验装置）。

实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：

电 动 油 泵

压 力 表

压 力 表

加 压 阀

卸 压 阀

实 验 容 器

排 气

工 作 片

补 偿 块

静 态

数 字

应 变

仪

应 变

数 据

采 集

仪

计

算

机图1 实验装置示意图

2）布片方案

实验对象为内压薄壁容器，筒壁应力状态可简化为二向平面应力状态，且主应力方向为相互垂直的经向和环向。因此在测点布片时应沿两向主应力方向垂直粘贴应变片。

3）加载步骤

从0开始加载至2.5Mpa测一次各点应变，再卸载至1.6Mpa测一次各点应变，最后卸载回零，即0—2.5Mpa—1.6Mpa—0。注意加、卸载速度不应太快。

4）应变片接桥形式

实验容器受单一载荷作用的平面应力状态，采用同一温度补偿片的半桥接法。

2、实验现场的主要工作

1）将测量好的应变片和补偿片，按顺序接在预调平衡箱背面的接线柱上。

2）应变仪和预调平衡箱调整与操作。（详见SDY-2003型静态数字应变仪使用说明）

3）对容器加载和记录测量数据。

4）对应变进行数据采集。

3、应力计算及实验数据修正

1）根据测得的主应变，如下式计算主应力：

实验类型：□验证 □综合 □设计 □创新 实验日期： 实验成绩：

θσ=

()ϕθμεεμ

+-2

1E

()θϕϕμεεμσ+-=

2

1E

2）根据相关教材中的理论公式，计算筒体、封头和连接处的理，理，实测值与理论值间的误差为： %100⨯-=

理

理

θθθθσσσe

%100⨯-=理

理

ϕϕϕϕσσσe

3）应变片横向效应的修正公式： ()

读读ϕθοθεεμεH H H

---=

2

11

()

读读θϕοϕεεμεH H

H

---=

2

11 对单向应力状态的测点，即使横向效应系数达5%，所产生的误差及均小于1%，因此一般可不修正。工程上，非精准测量时，在平面应力状态下的测点，应变量不大，一般可以不修正。

4）测量连接导线很长时，应进行电阻的修正计算：

⎪⎭⎫

⎝

⎛

+

=R R L θθθεε1读

⎪⎪⎭

⎫

⎝

⎛

+

=R R L ϕϕϕεε1读 式中： 读θε ——周向主应变读数；

读ϕε——经向主应变读数；

θL R ——测定周向应变的连接导线电阻； ϕL R ——测定经向应变的连接导线电阻； H ——应变片的横向效应系数；

实验类型：□验证 □综合 □设计

□创新 实验日期： 实验成绩：

R ——应变片电阻值 ομ =0.285 四、实验步骤

1、根据选择的测点，确定布片方案（如下图），进行容器打磨，划线定位，表面脱脂处理，粘贴应变片，进行防护处理。

2、将测量片，补偿片连接导线编号，并记下相对应的测点编号，根据仪器的使用说明，将测量片，补偿片接入预调平衡箱对应的接线柱上。

3、应变仪、预调平衡箱开机预热30分钟；电脑开机，运行测试分析软件。

4、按应变仪、预调平衡箱的操作规程对个测点进行预调平衡。

5、系统加载

关闭每个试验容器上的“卸压阀”，接通试压油泵电源；观察容器上的压力表指示，至压力稳定（略高于2.5MPa ）时断开电源，保持压力。 6、应变测量

协调操作应变仪、预调平衡箱，读取记录各点应变读数。采用计算机自动测量模式时，操作步骤参见附录“软件使用指南”。

注意：为消除应变片在初次加载时的永久变形，使滞后量趋于稳定，应在使用应变片测量前，最好先加载卸载几次，再进行正式的测定。

应变片 1→2 2→3 3→边缘 边缘→4

4→5 5→6 6→7 7→8 8→9 10 距离（mm ）

40

33

16

11

10

19

28

28

25

圆心处