內(nèi)壓薄壁容器應(yīng)力測定

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1、內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力測定一、實驗?zāi)康???1.了解電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)，作用及工作原理。???2.初步掌握常溫下電阻應(yīng)變片的粘帖技術(shù)，并對被測容器做好粘帖應(yīng)變片、接線、防潮、檢查等準備工作。???3.測定薄壁容器在內(nèi)壓作用時，圓筒及封頭上的應(yīng)力分布。???4.比較實測應(yīng)力和理論計算應(yīng)力，分析它們產(chǎn)生誤差的原因。???5.掌握“應(yīng)變電測法”測定容器應(yīng)力的基本原理和測試技術(shù)。二、實驗原理???由中低壓容器設(shè)計的薄殼理論可知，薄殼回轉(zhuǎn)容器在受壓時，在離開與封頭連接處的器壁厚度上將產(chǎn)生徑向的和環(huán)向（切向）主薄膜應(yīng)力σφ,σθ及其相應(yīng)的主薄膜應(yīng)變εφ,εθ,當它們超過材料的曲服強

2、度時，就導(dǎo)至容器破壞或大面積屈服。一方面，圓筒與封頭連接的邊緣地區(qū)，由于幾何形狀的不連續(xù)而成的附加彎曲應(yīng)力，此應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加會產(chǎn)生比薄膜應(yīng)力高很多的綜合應(yīng)力,這種應(yīng)力具有局部性，一離開邊緣就快速衰減。邊緣應(yīng)力對疲勞失效和脆性破壞有重大影響，其大小與容器的形式，制造質(zhì)量及操作條件有關(guān)，而工程實際中，不少結(jié)構(gòu)和零部件，由于形狀比較復(fù)雜，理論上作應(yīng)力分析相當困難，這時就要采用實測應(yīng)力分析法，此外在一些重要的結(jié)構(gòu)中，在進行理論分析的同時，還需要進行模型后實際結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測量，以驗正理論分析的可靠性和計算的精確度，因此實驗應(yīng)力分析在壓力容器的應(yīng)力分析與強度設(shè)計中占有重要的

3、地位。???實測應(yīng)力的方法很多，但目前應(yīng)用的主要有兩種，即光彈法和電測法，其中電測法應(yīng)用的最多。我們這個實驗就是用電測法測容器中的應(yīng)力。一般容器器壁中的應(yīng)力不能直接觀察到，但變形無論多麼微小，總是可以測量的，由于變形和內(nèi)力有一定的關(guān)系，只要知道這鐘關(guān)系，就可以通過測量變形來達到測量應(yīng)力的目的，由于薄膜容器的應(yīng)力是兩向應(yīng)力，所以測出徑向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變，就可以根據(jù)廣義虎克定律求相應(yīng)應(yīng)力：????????????σφ=E（εφ+μεθ）/（1－μ2）?????????????（a）????????????σθ=E（εθ+μεφ）/（1－μ2）??????????????

4、（b）????式中：E—材料的彈性模量，碳鋼為0.21×106Mpa?????????μ—泊桑系數(shù)；對碳鋼為0.3?????????εφ—實測的徑向應(yīng)變值，1×106Mpa?????????εθ—實測的環(huán)向應(yīng)變值，1×106Mpa?????????σφ—徑向應(yīng)力??????????σθ—環(huán)向應(yīng)力圖1-1　惠斯頓電橋???那么應(yīng)變是怎樣測得的呢？下面來介紹如何用電阻應(yīng)變儀來進行應(yīng)變測量。???在電阻應(yīng)變儀中，一般用電橋?qū)?yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)換成電流的變化，這個電橋是惠斯頓電橋，如圖1—1所示，R1，R2，R3，R4作為四個橋臂，AC對角線接電源E。BD對角線接電流計。

5、其中R1為測量片，貼在容器待測應(yīng)力的部位。R2為與R1同一類同一阻值的應(yīng)變片，貼在與被測構(gòu)件材質(zhì)相同的試塊上，它不受力，但與R1感受相同的溫度，起溫度補償作用。故稱溫度補償片。R3,R4為儀器內(nèi)部配備的固有電阻。當電橋平衡時，（即無電流通過檢流計），有下式成立：???????R1R4=R2R3????　?。╟)???當被測構(gòu)件受力后，應(yīng)變片隨之發(fā)生變形，其電阻值將產(chǎn)生一微小的增量△R1，因此電橋失去平衡，電流計中將有電流通過，我們調(diào)節(jié)可變電阻R4，當R4-△R4時電橋又一次平衡：?????????(R1+△R1)(R4－△R4)=R2R3整理上式，略去高階小量△R

6、1×△R4，并與（c）式相減可得：?????????△R1=R1/R4X△R4???????（ｄ)????所以通過調(diào)節(jié)可變電阻，由（d）式可求出測量應(yīng)變片的電阻增量△R1，當應(yīng)變不超過一定范圍時，電阻絲的電阻相對改變量△R/R與其線段應(yīng)變ε=△L/L成線性關(guān)系，即：?????????ε=△R1/(R1×K)???但實際上，電阻應(yīng)變儀測量并不需要這樣的計算，而是已經(jīng)將儀器輸出的電信號標定為相應(yīng)的應(yīng)變值，在儀器上直接讀取ε值即可。另外說明一下溫度補償片的作用，由上述得知，在被測構(gòu)件未受力時,R1=R2=R3=R4=R’，如果環(huán)境溫度改變或被測構(gòu)件溫度改變，這時R1、R

7、2的電阻由R變?yōu)镽+△Rt，而R’不變（儀器內(nèi)部電阻），則電橋仍滿足(R1+△Rt)×R’=(R2+△Rt)R’的平衡條件。這樣由溫度變化引起的測量片R1阻值的變化，就被溫度補償片R2的阻值變化平衡掉了，而不至于影響測量溫度。所以R2起到了溫度補償?shù)淖饔谩Ｈ?、實驗所用儀器設(shè)備YJ-33靜態(tài)應(yīng)變測量處理儀YZ-22電阻平衡箱手動試壓泵內(nèi)壓容器四、實驗步驟??1.熟悉電阻應(yīng)變儀，預(yù)調(diào)平衡箱的使用方法及操作步驟。??2.按半橋接法，將各電阻片依次接到預(yù)調(diào)平衡箱各旋鈕上。??3.檢查各部分接線是否正確，各接線柱必須擰緊。?4.打開儀器電源，按下“調(diào)零”按鈕燈熄滅后將手抬起

8、，儀器自動