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1、过程设备设计实验指导书机械工程学院实验一内压薄壁容器应力测定试验一、实验目的1、实测在内压作用下封头的应力，绘制封头的压力分布曲线。2、了解边缘力矩对容器应力分布的影响。二、实验内容实测在不同内压力作用下球形封头、平板封头上各测点的应变值，并画出在0.6MPa压 力下各点的应力值的分布曲线。三、实验装置内外压容器实验装置如图1-1所示。1一手动试压泵2卧式内压实验容器1 3压力表4压力传感器15一卧式内压实验容器2 6压力表7压力传感器图1-1内压薄壁容器应力测定实验装置内压薄壁实验容器的封头局部尺寸如图，容器材料为Crl8Ni9o应变片的布置方案是根 据封头的应力分布特点来决定的。封头在轴对
2、称载荷作用下可以认为是处于二向应力状态， 而且在同一平行圆上各点受力情况是一样的。所以只需要在同一平行圆的某一点沿着环向和 经向各贴一个应变片即可。本实验中采用10个T形应变片布置在封头上，贴片位置如图1- 2o每个T形应变片上有两个相互垂直成T形排列的敏感栅，可分别用来测量环向应变和经 向应变。本实验中所用应变片之电阻值为350。四、实验原理薄壁压力容器主要由封头和圆筒体两个局部组成，由于各局部曲率不同，在它们的连接 处曲率发生突变。受压后，在连接处会生产边缘力系一一边缘力矩和边缘剪力。使得折边区 及其两侧一定距离内的圆筒体和封头中的应力分布比拟复杂，某些位置会出现较高的局部应 力。利用电阻
3、应变测量方法可对封头和与封头相连接的局部圆筒体的应力分布进行测量。应力测定中用电阻应变仪来测定封头各点的应变值，根据广义虎克定律换算成相应的应 力值。由于封头受力后是处于二向应力状态，在弹性范围内用广义虎克定律表示如下：经向应力：= 丁号(1 +a2)(1-1)环向应力：o2 = -3 (e2 +(1-2)，P,式中：E 材料的弹性模量(206GPa)材料的泊松比(0.3)81 一经向应变82环向应变。五、实验步骤1、翻开应变仪，预热三分钟左右。2、启动实验主程序，选择测定相对的封头后确定，进入测量程序；点击“平衡”，再点 击“测量”，读入应变初读数，(假设读数不为零，重复操作)；3、点击“清
4、空数据”按钮，手动对容器施压，改变容器内部压力，分别为0.2. 0.4. 0.6MPa；4、点击“测量”按钮，测量各实验压力下实验数据；点击“记录”按钮，将数据写入 数据库文件；5、测量完成后，关闭内压实验容器的进水阀，点击“退出”按钮，退出测量程序。点 击“数据处理”进入数据处理窗口；选择实验封头后确定，进入应力计算程序；点击“读取 数据”按钮，弹出“选择数据文件”对话框(现场实验数据填力”，调用以前数据填点 击“计算”按钮，计算应变修正值和应力值；点击“画图”按钮，进入“绘制应力曲线”窗 o实验二测试圆形封头、平板封头在内压作用下的应力分布试验一、实验目的1、实测在内压作用下封头的应力，绘
5、制封头的压力分布曲线。2、了解边缘力矩对容器应力分布的影响。二、实验内容实测在不同内压力作用下椭圆封头、锥形封头上各测点的应变值，并画出在0.6MPa压 力下各点的应力值的分布曲线。三、实验装置同实验一设备相同。四、实验原理同实验一。五、实验步骤同实验一。实验三 外压薄壁容器的稳定性试验一、实验目的1、掌握薄壁容器失稳的概念，观察圆筒形壳体失稳后的形状和波数；2、了解长圆筒、短圆筒和刚性圆筒的划分，实测薄壁容器失稳时的临界压力。二、实验内容测量圆筒形容器失稳时的临界压力值，并与不同的理论公式计算值及图算法计算值进行 比拟。观察外压薄壁容器失稳后的形态和变形的波数，并按比例绘制试件失稳前后的横断
6、面 形状图，用近似公式计算试件变形波数。三、实验装1内外压容器实验装置如图3-1所示11231一手动试压泵2一立式外压实验容器3压力传感器图3.1外压容器稳定性实验装置四、实验原理圆筒形容器在外压力作用下，常因刚度缺乏失去自身的原来形状，即被压扁或产生折皱 现象，这种现象称为外压容器的失稳。容器失稳时的外压力称为该容器的临界压力。对圆筒 形容器丧失稳定时截面形状由园形跃变成波形，其波形数可能是2、3、4、5、等任意 整数。外压圆筒依其临界长度为界为长圆筒、短圆筒和刚性圆筒。1、试件参数计算厚度 t = ；(D2D)；圆弧处内部高度卜3=% t；中径 d = -(d2 + d,)；计算长度乙=4
7、_4_；*%外压薄壁容器试件如图3-2所示。注：试件的材料为Q235 A,弹性模量E=212GPa,泊松比4 =0.288,屈服极限4 = 235Mpa。2、圆筒的临界长度计算如式(3-1)和式(3-2)：Lcr = 1.17DLcr =1.13Et(3-1)(3-2)当：时，属于长圆筒;LrVLci时，属于短圆筒;L4时,属于刚性圆筒。Ml3、圆筒的临界压力计算公式(1)长圆筒的临界压力计算如式(3-3)2E142(2)短圆筒的临界压力计算如式(3-4)n2.59及2P -crdLDA-4、外压圆筒失稳后的波数计算如式(3-5)7.06 t fL? 。(3-3)(3-4)(3-5)五、实验步
8、骤1、测量和计算外压容器试件的尺寸参数(1)测量试件的实际长度Lo、圆弧处内部高度、翻边处高度h2、试件的外直径Di、内 直径D2；(2)计算壁厚t、中径D、长度L。将数值填入表3-1；(3)判断该外压圆筒临界长度属于哪类。2、实验台阀门操作(1)翻开总进水阀和立式外压实验容器进水阀，关闭内压卧式实验容器进水阀；(2)使立式外压实验容器内水位在上封头与接管的连接处；(3)将外压容器试件安装在立式外压实验容器上；(4)进入实验主程序，点击“实验选择”按钮，选择“外压薄壁容器的稳定性实验”菜单，点击“确认”按钮，进入“外压薄壁容器的稳定性实验”画面，点击“开始实验”按钮, 进入实验画面；(5)单击
9、“开始”按钮，单击“记录”按钮；(6)通过手动试压泵给外压实验容器缓慢加压，直至试件失稳为止；(7)试件时稳后，迅速关闭立式外压实验容器进水阀和总进水阀；(8)取出试件，观察和记录失稳后的波形及特点；(9)进入数据处理程序可计算临界压力等数据。实验四爆破片爆破压力测定试验一、实验目的1、了解爆破片结构及其使用方法。2、实测爆破片的爆破压力。二、实验内容测量爆破片的爆破压力值，并与标称爆破压力值进行比拟。观察爆破片爆破后的形态。三、实验装：爆破片装置主要由爆破片和夹持器组成如图4-1所示，爆破片试验装置附件如图4-2所ZjS o1一上夹持器2爆破片3下夹持器4连接板5螺钉图4-1爆破片装置四、实
10、验原理当容器内压力超过爆破片的爆破压力时,1立式实验容器法兰2垫片3下法兰4垫片5垫片6爆破片装置7上法兰8防护罩9一螺栓10螺母图4.2爆破片试验装置附件爆破片破裂使压力泄放，保护容器不会因超压而破坏。爆破片装置主要用于介质为气体或饱和蒸汽的压力容器，出于平安方面的考虑，本 实验用水作为实验介质。五、实验步骤1、爆破片装置组装(1)应小心搬运爆破片，且只能接触其边缘局部。(2)检查夹持器是否有损坏。(3)把夹持器放在平面上，下夹持器(边缘有缺口)缺口朝上。(4)把爆破片放在夹持器上，拱面朝上。(5)放好上夹持器，标牌上泄放方向箭头朝上，并使上下夹持器侧面螺钉孔对齐。(6)用连接板把上下夹持器
11、连接好。2、爆破片装置安装(1)检查安装爆破片装置的螺栓螺母是否可以用手轻松拧动。(2)放好垫片后，将爆破片装置放在实验装置下法兰上，标牌上泄放方向箭头朝上。(3)放好上法兰，将螺母用手均匀拧紧。(4)使用扭力扳手，用十字型模式分四步拧紧螺栓，第一步将扭力扳手设置为20N m；第二步将扭力扳手设置为45 Nm；第三步将扭力扳手设置为60 Nm；第四步将扭力板手设置为63 N m,沿顺时针方向再将每个螺栓拧紧一遍。(5)将下法兰连同爆破片装置安装在立式实验容器法兰上，均匀用力旋紧螺母。(6)装上有机玻璃防护罩，均匀用力旋紧螺母。3、爆破片爆破实验(1)启动计算机，翻开实验主程序，选择“实验”，进入“实验选择”界面，选择“爆 破片爆破压力测定”实验，进入爆破片实验程序。(2)手动进行加水，让实验容器内水位在上封头与接管的连接处，安装好爆破片。(3)点击“开始”按钮，输入姓名和组别(也可以不输入，直接按确定)按确定。(4)点击“记录”按钮。(5)手动给加压罐缓慢加压，直至爆破片发生爆破为止。(6)试件爆破后，停止加压，取出试件。(7)点击退出，退出实验程序。