实验一、内压容器外壁应力测定综合实验

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1、实验一、内压容器外壁应力测定综合实验一、实验目的1、掌握与了解受压零件应力分析的一般方法；2、掌握应力测试的基本方法和步骤，熟悉应力测试的基本仪器操作，以及计算机自动测试的过程与设备；3、了解和掌握边缘应力的概念，以及平封头、锥形封头、球形封头和椭圆形封头与筒体相连区域的边缘应力分布规律，加深课堂教学的印象；4、进一步验证薄壁容器筒体应力计算公式二、实验原理1、静态电测应变测量的基本原理电测法是受压元件应力测量中的一种最常见的方法。其基本原理是通过粘贴在被测量构件表面某点处一定方向上的电阻应变片的电阻值变化来测定构件在某方向上的应变，然后经换

2、算及计算出该处的的应力大小。基主要优点是：灵敏度及精确度较高，适用于静载荷常温下的模型试验和现场测试。其缺点是：只能测出构件上某一点处某一方向的应变值，不能测出构件内部的应变信全面了解构件的应力分布情况。下面主要介绍电阻应变片、电阻应变仪和应力计算方法的基本原理。图1电阻应变片的结构示意图（1）电阻应变片电阻应变片是测量表面应力的主要元件之一，其结构如图1所示。主要由敏感栅、引出线、底基及表面覆盖层等部分组成。在应力测量时，用502胶水，将电阻应变片底基粘贴在构件所需测定变形的地点及方向，使敏感栅通过底基与构件一起变形，故只需测出敏感栅的长度

3、变化，即可得出构件的变形大小。也可以看到，上述测定只能测出构件变形在敏感栅面积范围内变形的平均值。电阻应变片敏感栅的长度变化是通过测定电阻变化来确定的。由物理学知，金属丝电阻的变化与金属丝长度及截面积之间的关系式为，为金属丝材料的电阻率，将该式两边进行微分有：（1）可见当电阻应变片的长度及截面积发生变化时，其电阻值也会发生变化，通过对（1）式进行简化，可得到：（2）即在一定范围内，其电阻值的变化率与敏感栅长度的变化率成正比。（2）式中表示电阻应变片的灵敏系数。其计算公式为（3）式中为敏感栅金属丝材料的泊松比，为金属丝的材料常数。利用上式计算应

4、变片的灵敏系数常受到应变片加工工艺和材料成分的影响，使得计算值与理论值有一定的出入。因此实际中，常采用抽样试验的方式来确定一批应变片的灵敏系数。一般纸基丝绕式电阻应变片的灵敏系数在2.0～2.4之间。因此在测量过程中，其灵敏系数一般直接采用电阻应变片的出厂标牌值，即为（2）电阻应变仪工作片补偿片图2惠斯登电桥电阻应变仪是测量电阻片电阻变化的专用仪器，其工作原理是通过图2所示的惠斯登电桥测定电阻片电阻变化所引起的电压变化，进行放大后输出。由电工学原理有：当间有电源电压为时，间的电压为：（4）当电桥平衡时，即有，由（4）式可得到。若某个桥臂的电阻

5、值发生变化，则电桥间的电压也将发生相应的变化。对（4）式两端进行微分，可得到电桥端电压变化与各桥臂电阻变化的关系式，即（5）式中为电阻的变化量。利用（2）式，并设各电阻应变片的灵敏系数相同，则有（6）式中为各相应的电阻片的应变值。因此若需测定某一电阻片的应变值，只需将此电阻片连接在某一桥臂上，而使其它桥臂上的电阻值在测量过程中保持不变，通过电阻仪测量出电压的变化，按式（6）就可以计算出所测量的电阻片的应变值。在实际测量过程中，为了消除外界因素特别是温度变化对电阻应变值的影响，一般要接一个温度补偿片，以消除外界温度变化而产生的影响。由图2和式（

6、6）可知，当工作应变片接在桥臂时，温度补偿片应该接在桥臂，这样，当温度在试验过程中有变化时，由于电阻，电阻和所产生的温度变化对应的电阻变化值也是相同的，故相应的电压变化也等于零。即在读数中排除了试验过程中温度波动所产生测量误差。一般来说，电阻变化量要比初始的电阻值小很多（仅约2%左右）。为了使测量值具有较高的精确度，电阻应变仪都需将信号放大后输出。另外为了适应不同灵敏系数的电阻片，电阻应变仪上都装有可调灵敏系数旋钮。在试验时，必须将旋钮上的值调至电阻片灵敏系数的数值，这时，电阻应变仪上的读数才能表示为应变的真实数值，若，需要对读数进行修正。其

7、修正公式为：（7）（3）受压元件上的应力测定一般来说，大多数压力容器处于轴对称结构，其应力分量有（径向应力）、（周向或环向应力）、（轴向应力）和（径向与环向之间剪切应力）。对于承受内压的压力容器的外壁来说，有，因此其状态处于平面应力状态。由于只有两个应力分量，也没有剪切应力分量，该应力分量即为主应力，其方向分别平行及垂直于对称轴，在这种情况下，只需在两主应力方向各贴一个电阻片，测量它们的应变和后，根据广义虎克定律即可求出主应力的数值为（8）式中——材料的弹性模量，对于材料（常温下）；——为材料的泊松比，对于材料。将各测点的应变值代入上式，即可

8、求出各测位置的应力值。2、计算机辅助自动测试原理图7应力测试原理示意图计算机辅助自动测试过程的接线原理图如图7所示。将应变片用502胶水粘贴在元件上将要测试的某点处