内压薄壁容器应力测定实验

内压薄壁容器应力测定实验

一、实验目的
1．测定受内压的薄壁容器顶盖和筒体的应力分布，从而通过应力分析了解顶盖的形状及边缘应力对薄壁容器的强度的影响。
2．掌握电阻应变仪测定静态应变的原理和方法。

二、实验原理
分析薄壁壳体的应力有两种理论，一种是有力矩理论，一种是无力矩理论。后者认为壳体在承受内压时，壁内只有拉应力或压应力，不存在弯曲应力。但事实上壳体中多少还存在一些弯曲应力，只是这些应力很小，可以忽略不计。
    1、应力应变关系：
    在弹性范围内，薄壁壳体上任一点的两向应力和应变有如下关系：
     
         
   

式中：
ε1、ε2——任一点的经向与环向应变
μ——材料的泊松比，在这里为0.3
E——材料的弹性模量，在这里为2.1×105     MPa
   用电阻应变仪可以测得各点的应变量，再通过上面的关系式，便可以求出相应的应力。
2、电测原理
（1）电阻法
根据电学知识知道金属丝的电阻和它的材料性质、尺寸的关系是：
    
 
式中：
    R——电阻       欧姆
    ρ——电阻率    欧姆•毫米2/米
    L——长度       米
    F——横截面积   毫米2
    如金属丝的长度伸长或缩短了一个△L，则电阻R也就增加或减少了一个△R，即成如下正比关系：
              或    
电阻应变仪就是利用这一基本原理，把电阻片粘贴在要测量的构件表面，构件受力后，表面各点有了变形，金属电阻丝也就跟着伸长或缩短了，这样电阻丝就有了电阻的变化，为了便于测量，要求电阻变化大些，所以把电阻丝作成栅状，如图所示的电阻片。
    因       

                

                                                      电阻片

所以式中：K是比例常数，称作灵敏系数，电子电阻丝的电阻与金属丝的横向变形、饶丝的型式、电阻丝的材料性质、尺寸等有关，所以灵敏系数K值包含有很多因素，此值由制造厂提供。因此只要测得电阻改变值△R即可得到应变ε。
    （2）电阻应变仪
电阻应变仪是利用平衡电桥的原理来测量变形的仪器。根据电学原理，平衡电桥的四个电阻关系为： 
                 

则A、B两点的电位相同， 接A、B两点的电流计中没有电流通过，这时称为平衡电桥。  如果任一电阻R1变大了，则上述关系不成立，电桥不平衡，A、B两点就有电位差，电流计中就有电流通过。如果R2  是一个可调节大小并有读数的可变电阻，当R1变化时，相应地改                   变R2的大小，从而维持电桥的平衡，则可根据R2的变化来确定R1的变化。

用电阻应变仪来测量电阻片的电阻变化，R1就是贴在构件上的被测点，R3是贴在与被测构件相同材料而不受力的电阻片，称为补偿片，因为在测量过程中被测构件可能有温度变化，构件即使不受力，测定电阻片的电阻也会变化，这就造成了温度误差。补偿片就是为了自动地补偿温度差所造成的误差，因而温度变化时测定电阻片与补偿片的电阻是同样地变化的。
    为了调节电桥平衡，R2为连接在A点的一调节电阻，改变R2的大小就可以使测定电阻片电阻改变所造成的电桥不平衡重新平衡。根据调节R2时的方向大小，就能决定是拉应力或压应力以及应力数值的大小。
    为了简化测量与运算手续，可采用电阻应变仪把电阻的变化情况直接用应变ε指示出来。
三、实验仪器及材料工具
1）. YJD—1型静动态电阻应变仪、KH—1型预调平衡箱、P20R—1切换控制器；YJD—17型静动态电阻应变仪、KH—17型预调平衡箱、P20R—17切换控制器；
2）.丝式应变片（R=120Ω）；导线；
3）. HJS02型内压容器应力测试实验台。

四、实验步骤
1）.检查各应变片是否和应变仪连接完毕；
2）.在未接通电源前先检查表头、微调盘、中调、大调选择是否都在零点，如果不在零点时将它转到零点上；
3）.将120Ω检验电阻分别接在后面板A、B、C接线柱上，并将三点连接片接在D1、D、D2接线柱上，旋紧接线柱；
4）.接通电源，并将二点连接片接在交联接线柱上旋紧接线柱，预热5分钟，将选择开关转到“静”上，指示电表可能向左右偏转，如向左偏转，则用螺丝刀调节“平衡”电位器向右缓慢旋转，使指示电表指零，平衡电位器调整方向与指示电表偏转方向与指示电表偏转方向相反，才能使指示电表调至零点；
5）.基零调整：将选择开关转到“0”点，调节后面板基零电位器使指示电表调到零点；
6）.相位调整：调整“2”，在电阻平衡好后，将选择开关转到“校”上，仪器输出话筒插头“高”上接万用表1mA档或数字万用表，转动“调整2”，使输出指示值最小为止；
7）.灵敏度调整：转动微调盘±10με指示电表也相应偏转10格，如不在10格可调节幅调电位器，使电表指示10格；
8）.测量：容器加压，当载荷加上时，指示表针应向一边偏转，向指示表针相反方向旋转调节读数盘，使指示电表回到零点为止，这时读数盘所指示的数值，就是被测构件的应变值。

五、实验报告
1. 实验目的；
2. 实验原理；
3. 实验仪器及设备；
4. 拟定的实验方案，布片位置讨论，补偿方法；
5. 列出数据记录表；
6. 计算各测点的实际测量经向、环向应力值；
7. 应力分布分析；
8. 实验误差分析。