内压薄壁容器应力测定

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1、内压薄壁容器的应力测定一、实验目的   1.了解电阻应变片的结构，作用及工作原理。   2.初步掌握常温下电阻应变片的粘帖技术，并对被测容器做好粘帖应变片、接线、防潮、检查等准备工作。   3.测定薄壁容器在内压作用时，圆筒及封头上的应力分布。   4.比较实测应力和理论计算应力，分析它们产生误差的原因。   5.掌握“应变电测法”测定容器应力的基本原理和测试技术。二、实验原理   由中低压容器设计的薄壳理论可知，薄壳回转容器在受压时，在离开与封头连接处的器壁厚度上将产生径向的和环向（切向）主薄膜应力σφ,σθ及其相应的主薄膜应变εφ,εθ,当它们超过材料的曲服强

2、度时，就导至容器破坏或大面积屈服。一方面，圆筒与封头连接的边缘地区，由于几何形状的不连续而成的附加弯曲应力，此应力与薄膜应力叠加会产生比薄膜应力高很多的综合应力,这种应力具有局部性，一离开边缘就快速衰减。边缘应力对疲劳失效和脆性破坏有重大影响，其大小与容器的形式，制造质量及操作条件有关，而工程实际中，不少结构和零部件，由于形状比较复杂，理论上作应力分析相当困难，这时就要采用实测应力分析法，此外在一些重要的结构中，在进行理论分析的同时，还需要进行模型后实际结构的应力测量，以验正理论分析的可靠性和计算的精确度，因此实验应力分析在压力容器的应力分析与强度设计中占有重要的

3、地位。   实测应力的方法很多，但目前应用的主要有两种，即光弹法和电测法，其中电测法应用的最多。我们这个实验就是用电测法测容器中的应力。一般容器器壁中的应力不能直接观察到，但变形无论多麽微小，总是可以测量的，由于变形和内力有一定的关系，只要知道这钟关系，就可以通过测量变形来达到测量应力的目的，由于薄膜容器的应力是两向应力，所以测出径向应变和环向应变，就可以根据广义虎克定律求相应应力：            σφ=E（εφ+μεθ）/（1－μ2）             （a）            σθ=E（εθ+μεφ）/（1－μ2）              

4、（b）    式中：E—材料的弹性模量，碳钢为0.21×106Mpa         μ—泊桑系数；对碳钢为0.3         εφ—实测的径向应变值，1×106Mpa         εθ—实测的环向应变值，1×106Mpa         σφ—径向应力          σθ—环向应力图1-1　惠斯顿电桥   那么应变是怎样测得的呢？下面来介绍如何用电阻应变仪来进行应变测量。   在电阻应变仪中，一般用电桥将应变片的电阻变化转换成电流的变化，这个电桥是惠斯顿电桥，如图1—1所示，R1，R2，R3，R4作为四个桥臂，AC对角线接电源E。BD对角线接电流计。

5、其中R1为测量片，贴在容器待测应力的部位。R2为与R1同一类同一阻值的应变片，贴在与被测构件材质相同的试块上，它不受力，但与R1感受相同的温度，起温度补偿作用。故称温度补偿片。R3,R4为仪器内部配备的固有电阻。当电桥平衡时，（即无电流通过检流计），有下式成立：       R1R4=R2R3    　　（c)   当被测构件受力后，应变片随之发生变形，其电阻值将产生一微小的增量△R1，因此电桥失去平衡，电流计中将有电流通过，我们调节可变电阻R4，当R4-△R4时电桥又一次平衡：         (R1+△R1)(R4－△R4)=R2R3整理上式，略去高阶小量△R

6、1×△R4，并与（c）式相减可得：         △R1=R1/R4X△R4       （ｄ)    所以通过调节可变电阻，由（d）式可求出测量应变片的电阻增量△R1，当应变不超过一定范围时，电阻丝的电阻相对改变量△R/R与其线段应变ε=△L/L成线性关系，即：         ε=△R1/(R1×K)   但实际上，电阻应变仪测量并不需要这样的计算，而是已经将仪器输出的电信号标定为相应的应变值，在仪器上直接读取ε值即可。另外说明一下温度补偿片的作用，由上述得知，在被测构件未受力时,R1=R2=R3=R4=R’，如果环境温度改变或被测构件温度改变，这时R1、R

7、2的电阻由R变为R+△Rt，而R’不变（仪器内部电阻），则电桥仍满足(R1+△Rt)×R’=(R2+△Rt)R’的平衡条件。这样由温度变化引起的测量片R1阻值的变化，就被温度补偿片R2的阻值变化平衡掉了，而不至于影响测量温度。所以R2起到了温度补偿的作用。三、实验所用仪器设备YJ-33静态应变测量处理仪YZ-22电阻平衡箱手动试压泵内压容器四、实验步骤  1.熟悉电阻应变仪，预调平衡箱的使用方法及操作步骤。  2.按半桥接法，将各电阻片依次接到预调平衡箱各旋钮上。  3.检查各部分接线是否正确，各接线柱必须拧紧。 4.打开仪器电源，按下“调零”按钮灯熄灭后将手抬起

8、，仪器自动