实验二 内压薄壁容器应力测试实验一、 概述实验二 内压薄壁容器应力测试实验一、 概述常用压力容器由筒身和封头两部分组成封头的形状一般有球形、椭圆形、碟形、锥形和平盖之分，可根据不同的工作情况和要求分别采用从理论上分析，球形封头受力最好，其次是椭圆形、碟形、锥形，受力最差的是平盖封头从制造角度考虑，平盖封头最简单，而球形最难，但目前在中低压容器中应用最多的是椭圆形封头本实验装置包括四种封头和筒身的应力测试，而筒身、锥形、和平盖封头都经过精车加工，椭圆形和球形封头采用标准模子压制而成容器组焊后，整体经过应力退火，运用应力分析原理，借助电测仪器，可分别测量出受不同内压时筒身及各种封头壳体上的应力大小和分布情况，并能分析比较各种封头的受力特点此实验是化机专业学生必修实验，它有助于加深学生对理论知识的理解，培养动手及分析能力二、实验目的要求二、实验目的要求1） 了解实验应力电测法的基本原理，初步掌握电阻应变测量的测试技术2） 测定薄壁容器及各种封头在不同内压作用下的应力大小和分布情况3） 选画 12 个：,pppxxxrr的实验曲线和理论曲线，并取其中一点为例，列出计算过程和进行误差计算4） 分析实验结果，找出误差原因三、 特性与测试装置三、 特性与测试装置1. 容器测试压力 0 15 f/2 容器最大工作压力 15 f/22. 容器筒身内径 Di = 400 筒身壁厚： 球与椭圆形封头筒节 4.3 + 0.1 锥形与平盖筒节 4.4 + 0.1 封头壁厚： 球形 3.8 + 0.1 椭圆形 3.8 + 0.1 锥形 3.9 + 0.1 平盖 2.8 + 0.1锥形封头的锥顶角 2= 60o + 0.1o3. 容器总体尺寸 长宽高=13808001400 重量（不计油重） 约 1400 4. HJSO2 实验装置工作原理示意图 2-1：1、2、3、4 节流阀 5 溢流阀 6 油泵 7 油箱 8 电机 9 止回阀图 2-1 内压容器实验装置四、实验原理四、实验原理本实验装置配有电器，油路和压力表等系统，压力通过调节阀来控制，使容器可达到不同压力作用。
电测法是根据构件应变状态， 通过应力、 应变之间的物理关系， 对构件应力分布进行分析的一个普遍方法，是压力容器强度设计的重要手段借助电阻应变片，电阻应变仪测出任意试点的应变值，再由应力应变公式求出各点应力值（注：本实验应变片的接法为单臂测量接法，K 值定为 2.08，在应变仪上的读数应为：10000/K=10000/2.08=4807） 1. 计算公式中符号说明：周向应力 f/2：经向应力 f/2r：径向应力 f/2：周向应变；经向应变r：径向应变E：容器材料弹性模量 2.1106 f/2 ：容器材料泊松系数 0.3 D：筒体或封头的中径 S：筒体或封头的壁厚 R：平盖封头的半径 P： 测试压力 f/2 a： 椭圆形封头的长半轴 b： 椭圆形封头的短半轴 本实验装置的椭圆封头采用标准封头 a/b=2，锥形封头的锥顶半角 2=60o2. 理论应用计算理论应用计算1）筒体应用 薄壁园筒，在远离边界处，只有二向应力 图 2-2 薄壁园筒应力分布周向（切向）应力 SDP2 f/2经向（轴向）应力 SDp4 f/21）球形封头应力不考虑边缘应力， 其薄膜应力为二向： 图 2-3 球形封头应力分布 周向应力 SDP4 f/2 经向应力 SDP4 f/2周向应力与经向应力大小相等，与坐标无关，应力分布如图（3） 、 （4） 、 （5）椭圆形、锥形、平盖封头应力， （详见 P12 后的附表一） 。
3. 测试应力计算测试应力计算通过电阻应变仪，可测得筒体和各种形状封头，在内压 P 作用下任意点位置的周向应变值，经向应变值和径向应变值r，根据弹性理论中的虎克定律，可求得实测点的二向应力值： 周向应力：21E f/2 经向应力：21E f/2或： 周向应力：rE21 f/2 径向应力：rrE21 f/2五、实验步骤五、实验步骤1. 了解熟悉 HJS-O2内压容器应力测试台包括管道、阀门、压力表、油泵、液压原理图2. 确定各封头中心位置3. 了解容器壳体上和封头上布片位置及计算方法，详见图表4. 贴片位置示意图（见图 2-4） ：用 A、B 二点应变值近似代替 O 点的二向应变，误差在工程上允许5. 了解电阻应变片接线线路 （CM-1B 型数字静态应变仪详见附录一使用说明） 6. 检查全部仪器、设备、线路确认无误后，可开始测量7. 操作 HJS-O2测试台： 打开溢流阀 5 和进出口阀 1、2、3、4 合上电源，打开油泵开关，调节阀 5、1、4，将容器及管路中空气排尽 关闭 1、4 阀，调节 2、3 阀，使容器压力上升 打开 1、4 阀，卸压，关闭 1、4；调节 2、3 阀，升压，反复数次。
将容器压力调节到所需压力，当加入固定载荷后，可通过测量点转换开关的转动来读取并记录数字面板表的读数（微应变值） ，测量点指示由红色（绿色）灯泡对应的测量点数和旋钮箭头指示共同表示 继续调节另一压力，测量同样测点在不同压力作用下的应变值 测量完毕后，打开 1、4 阀，卸压后，即关上 1、4 阀，免使容器中油回流到油箱中操作时，必须使两容器中充满油液，油箱中油液只供调压使用 关闭电源，拆下线路，整理现场9. 误差分析误差分析1 贴片尺寸， 中心定位， 材料厚度， 残余应力) 2) 贴片技术3) 压力不稳4）仪器误差， 电压， 温度等10. 误差分析计算公式：误差分析计算公式： %100%理论理论实测六、数据记录：六、数据记录：填写 P12 后的附表二中七、计算结果：七、计算结果：填写在 P12 后的附表三中 图 2-4 贴片位置示意图 。
