薄壁容器内压应力测定实验说明书

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1、薄壁容器内压应力测定实验装置说明书天津大学化工基础实验中心2012.03一.实验目的1.测定薄壁容器承受内压作用时，筒体及封头（平板封头、锥形封头、球形封头、椭圆封头）上的应力分布。2.比较实测应力与理论计算应力，分析它们产生差异的原因。3.了解“应变电测法”测定容器应力的基本原理和掌握实验操作技能。二.实验原理由中低容器设计的薄壳理论分析可知，薄壁回转容器在承受内压作用时，圆筒壁上任一点将产生两个方向的应力，经向应力m和环向应力。在实际工程中，不少结构由于形状与受力较复杂，进行理论分析时，困难较大；或是对于一些重要结构在进

2、行理论分析的同时，还需对模型或实际结构进行应力测定，以验证理论分析的可靠性和设计的精确性；所以，实验应力分析在压力容器的应力分析和强度设计中有十分重要的作用。现在实验应力分析方法已有十几种，而应用较广泛的有电测法和光弹法，其中前者在压力容器应力分析中广泛采用。可用于测量实物与模型的表面应变，具有很高的灵敏度和精度；由于它在测量时输出的是电信号，因此易于实现测量数字化和自动化，并可进行无线电遥测；既可用于静态应力测量，也可用于动态应力测量，而且高温、高压、高速旋转等特殊条件下可进行测量。电测法是通过测定受压容器在指定部位的应变

3、状态，然后根椐弹性理论的虎克定律可得：(1)(2)通过“应变电测法”测定容器中某结构部位的应变，然后根椐以上应力和应变的关系，就可确定这些部位的应力。而应变、第18页共18页的测量是通过粘贴在结构上的电阻应变片来实现的；电阻应变片与结构一起发生变形，并把变形转变成电阻的变化，再通过电阻应变仪直接可测得应变值、，然后根椐(2)式可算出容器上测量位置的应力值，利用电阻应仪和预调平衡箱可同时测出容器上多个部位的应力，从而可以了解容器受压时的应力分布情况。（2）式中E为弹性模量，μ为泊松比，实验材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢。（1

4、）.电阻应变片电阻应变片：简称“应变片”或“电阻片”，是测量应变的感受元件，是用直径为0.2～0.5mm的电阻率较高的金属丝绕成栅后粘贴在两层极薄的绝缘层之间构成，如图一所示。图一、电阻应变片结构示意图我们知道，若应变片的电阻在变形前为R，它与构成电阻丝的材料，长度和截面积的关系是：(3)当电阻丝随被测结构一起变形时，r、l、s要发生变化，Ｒ也随之变化，其改变量为：(将上式取对数后在微分)其中：---------------电阻丝直径第18页共18页则：------电阻丝的横向应变　e-------电阻丝的轴向应变显然。--

5、--------泊松比所以：式等式右边用带入得等式两边同除e得实验表明：对一定的材料，为常量。令等于K所以(4)这就是应变片的电阻变化率与应变值的关系，对于同一e值，K值越大则也越大；测量时，易得较高的精度，因此K值是反应应变片对应变敏感程度的物理量，称为应变片的“灵敏系数”，K值的大小与金属丝的材料和应变片的结构形式有关，一般制造厂已给出具体的数值。（本实验应变片的灵敏系数K=2.08）（2）.电阻应变仪第18页共18页电阻应变仪的基本原理就是将应变片电阻的微小变化用电桥转变成电压或电流的变化，其大致过程为：e应变片电桥D

6、V(DI)放大器放大的DV(DI)检流计指示e读数电阻应变仪就是实现上述过程的仪器。图二、电桥的工作原理a.电桥的工作原理如图二所示的电路，若在AC端加电压V，则BD端)输出电压是：(5)电路中R1若为粘贴在容器上应变片的电阻值，称为“工作片”，R2为与工作片类型相同且电阻值相等的电阻片，其作用是抵消由于温度变化引起的电阻变化对应变测量的影响，使所测的电阻变化仅反应应变引起的电阻变化，称为“温度补偿片”。一般是粘贴在与被测构件相同的“补偿极”上，但补偿板不受力作用。放在工作片附近以两者处于相同的环境温度下，以消除温度影响的目

7、的。R3，R4为应变仪内的标准电阻，对于VBD的变化仅考虑工作片随容器受压时应变引起的电阻变化。(5)式中，对R1求偏导数。第18页共18页因R1＝R2故(6)改用增量表示：DVBD＝1411VRRD(7)DVBD=(8)上式表明：电桥的输出电压变化DVBD与测点的应变e成正比。b：电阻应变仪电阻应变仪的工作原理如图三所示。图三、电阻应变仪的工作原理三.实验装置应变电测系统由传感元件（电阻应变片）和测量仪器二部分组成。本实验的应变片为胶基箔式应变片（R片＝120W）应变仪为CM-1H-32型，可进行多点应力测量。加压采用手动

8、加压泵，装置如图(4)所示第18页共18页图四薄壁容器内压应力测定实验装置流程示意图表一实验装置基本配置表序号设备名称规格型号数量1不锈钢容器φ400×4,L=500椭圆+球形封头12不锈钢容器φ400×4,L=500锥形+平板封头13手动试压泵SY-4014温度变送器Pt10015数据采