外压容器失稳实验——新装置(1)

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1、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，用表示。圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数可能是1，2，3，4，……等任意整数,如图一所示。图一圆筒形容器失去稳定后的形状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

2、圆度）容器更容易失稳，即它的临界压力值会下降。12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，它们的临界压力值大小主要与厚壁()，外直径()，长度（）有关。亦受材料弹性模数()，泊桑比()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表示。如容器长度>为长圆筒，反之为短圆筒。临界长度由下式确定：长圆筒：长圆筒失稳时的波数=2，临界压力仅与有关，而与无关。值可由下式计算：短圆壁：短圆筒失去稳定性时，

3、波数>2,如为3，4，5……，其波数可近似为：临界压力可由下式计算：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。1267891三、实验装置：图二外压圆筒失稳装置实验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1045102344四、实验步骤及注意事项：1.测量试件的有关参数：壁厚()，直径()，长度（）。用千分卡测壁厚，用游标卡尺测内直径（便于精确测量）和长度，外直径由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两到三次，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

4、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。124.打开压缩机开关，调节好流量，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（即有轻微响声时的瞬间压力,此压力为临界压力）。失稳后需快速关闭压缩机开关。5.打开压缩机卸压开关，待压力为零后取出试件，观察

5、失稳后试件的形状并记下波纹数。6.关闭压缩机的电源开关，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。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。12实验三厚壁圆筒爆破及测试实验一、试验目的1.测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值；2.测定圆筒破坏时的爆破压力，并通过计算验证理论公式；3.了解过程装备控制专业数据自动采集测量系统基本单元的原理。二、试验原理1．屈服压力值的理论计算：（1）屈服压力（2）全始屈服压力（材料为理想弹塑性）2．爆破压力值的理论计算：承受内压的高压筒体，其爆破压力计算

6、方法有如下几种：（1）公式：12（1）中径公式：（2）最大主应力理论（3）最大线应变理论（4）最大剪应力理论（5）最大变形能理论图1压力与流量变化的关系以上式中符号意义详见现教材“过程设备设计”教材和王志文主编的“化工容器设计”以及余国宗主编的“化工容器及设备”。3．爆破试验原理过程：12塑性材料制造的压力容器的爆破过程如图一所示，在弹性变形阶段（线段），器壁应力较小，产生弹性变形，内压与容积变化量成正比，随着压力的增大，应力和变形不断增加；到点时容器内表面开始屈服，与点对应的压力为初始屈服压力；在弹塑性变形阶段（线段），随着内压的继续提高，材料从内壁向外壁屈服，此时，一

7、方面因塑性变形而使材料强化导致承压能力提高，另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降，但材料强化作用大于厚度减小作用，到点时两种作用已接近，点对应的压力是容器所能承受的最大压力，称为塑性垮塌压力；在爆破阶段（线段），容积突然急剧增大，使容器继续膨胀所需要的压力也相应减小，压力降落到点，容器爆炸，点所对应的压力为爆破压力。三、实验装置与工作原理1．实验装置本仪器中的液体介质油的吸入、压缩与排出是通过活塞腔容积的周期性变化而实现的。电机接入电源后进入正常运转，通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块，活塞柱通过滑快与导向杆相连（导向杆在导