实验二 外压薄壁圆筒形容器失稳实验

实验二 外压薄壁圆筒形容器失稳实验
一、试验目的：
1. 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。

2. 测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。

二、试验原理：
圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足使容器失去原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象，容器失去稳定性时的外压力，成为容器的临界压力，用cr p 表示。

圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数n 可能是1，2，3，4，……等任意整数,如图一所示。

容器承受临界值的外压力而失去稳定性，决非是由于容器壳体本身不圆的缘故，即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。

当然如壳体不圆（具有椭圆度）容器更容易失稳，即它的临界压力值会下降。

根据外压容器筒体的长短，可分为长圆筒，短圆筒和刚性圆筒三种，刚性圆筒一般具有足够的刚度，可不必考虑稳定性问题。

但长圆筒，短圆筒必须进行稳定性计算，它们的临界压力cr p 值大小主要与厚壁(t )，外直径(0D )，长度（L ）有关。

亦受材料弹性模数(E )，泊桑比(μ)影响。

所谓长圆筒，短圆筒之分，并不是指它们的绝对长度，而是与直径壁厚有关的相对长度。

一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度cr L 表示。

如容器长度L >cr L 为长圆筒，反之为短圆筒。

临界长度cr L 由下式确定：
t D D L cr 0017.1=
长圆筒：长圆筒失稳时的波数n =2，临界压力cr p 仅与0D t 有关，而与0D L 无关。

cr p
值
图一 圆筒形容器失去稳定后的形状
可由下式计算：
3
2)(12D
t E p cr μ-=
短圆壁：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：
4
2
)
()(06
.7D t D L n =
临界压力可由下式计算：
t
D LD Et p cr 00259.2=
对于外压容器临界压力的计算，有时为计算简便起见，可借助于一些现成的计算图来进行。

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
1-横梁 2-压紧螺母 3-密封螺母 4-压紧法兰 5-垫片
6-外压圆筒 7-心轴 8-圆筒底垫块 9-透明容器 10-工作
台
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，把用心轴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. 讨论、分析试验结果，分析误差原因。

六、讨论分析题
1列出测量所测试件几何尺寸数据，实测波纹数。

2圆筒形容器在周向外压作用下，为什么会可能失去原有形状。

3圆筒形容器失稳后的形状与哪些因素有关？
4圆筒形容器失稳后的压力与哪些因素有关？
5外压圆筒的底部为什么要放一块垫板？。