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过程装备实验指导书(修改) 过程装备实验指导书 陕西科技大学机电工程学院 实验一 YSP-15 型民用液化石油气钢瓶应力测量实验 一、实验目的:了解钢瓶制造质量及应力分布情况并与理论计算值进行比较。二、实验理论依据:圆筒处采用无力矩理论,而椭圆封头圆弧与直线过渡部分采用有力矩理论进行分析及计算。 三、实验仪器及设备：实验用YSP-15型民用液化石油气钢瓶 l个手动试压泵 1台 JDY-Ⅲ型静态电阻应变仪 2台 四、实验原理: 1、应力应变测量特点:压力容器可分为厚壁容器和薄壁容器。按照工艺要求设计制造的压力容器,其筒壁或封头上安装或焊有各种接管、支座、人孔、吊环等等。这些零部件的存在,使得某些部位的应力分布变得相当复杂。为确保结构的安全运行,就必须对这些部位进行必要的应力分析。除了一些很简单的结构可以进行理论分析外,目前用于对压力容器进行应力分析的主要手段有:实验应力分析方法及有限元计算方法。实验应力分析的方法较多,但目前应用广泛的有两种:光弹性方法和电阻应变法。其中又以电阻应变法应用得最为广泛。它不仅可用于模型的应力测量,还可用于实际结构的应力测量,以及常温、高温及低温下的应力测量,另外还用于动态应力及高压液下的应力测量。电阻应变法精度高、数据处理简单,但只能测量结构或模型表面的应力,而且用于电阻应变片有一定的栅长,只能测量栅长范围内的平均应变。 2、电阻应变法测量的基本原理及方法:电阻应变法是用电阻应变片测定零部件或结构指定部位的表面应变,再根据应力应变关系式,确定构件表面应力状态的一种实验应力分析方法。其基本原理是:将电阻应变片(简称应变片)固定在被测构件上,当构件变形时,应变片的电阻值发生相应的变化。通过电阻应变仪,可将应变片中的阻值变化测量出来并以正比于应变值的模拟电信号输出,最后就可用记录仪记录。电阻应变法测量可以用关系式表示为 PAGE PAGE 2 ε? 1 ? ?Rg F Rg 式中ε—应变仪测得的应变值； ?Rg /R—应变片阻值随构件变形而发生的相对变化； F—比例系数,常称之为应变片因子。 在实际应用中，F和R的值是由应变片制造商提供的，使用者要根据被测的输入量情况确定?Rg 。对于使用电阻型应变片来说，这是一个基本步骤。典型的 应变片常数是F=2.0, R ＝120 ? 。在本实验中应变仪能够检测到1微应变的 g变化，应变片因子为2.08，因此需要设定应变仪的校正值为10000/2.08＝4807。 g 如果测量时主方向可以断定,得到 11 ? μ212σ ?2E1 ? 1 1 ? μ2 1 2 σ ? 2 E 1 ? μ2 ?ε ? με ? 2 1 由此可得，一个双向应力状态,当主方向已知时,只要用两个工作片,沿两个 主方向粘贴,测得两向主应变ε1、ε2后,就能算出双向主应力。 3、电阻应变法测量时应注意的问题:压力容器用电阻应变法进行引力分析除与一般材料力学实验引力分析具有某些相似之处外,还有一些明显的特点。一是所需测量的点通常很多;其次是往往需要反复多次加、卸载；最后,进行实际结构的应力分析时,需要在现场进行。因此,就必须有效地处理温度漂移、长导线修正及多点测量的问题。 a、温度影响变化时,应变片的本身电阻值会发生变化。另外,温度变化也会造成结构材料的膨胀或收缩。当应变片阻丝材料的线膨胀系数与构件材料不同 时,阻丝就会受到附加的变形,从而造成电阻值的变化。在常温应变测量中,常利 用电桥原理,采用温度补偿块法消除温度变化的影响。 所谓温度补偿块法是将一个与测量应变仪相同(型号、电阻值和灵敏系数均相同)的应变仪,粘贴在与测点材料相同的小块上,实验时将该小块放在测点附近,使其温度与现测点温度相同。把粘贴在小块(以后称为补偿块)上的应变仪(以为 补偿应变仪)接在电桥的BC臂上,见下图。 设电桥处于平衡状态,即 R1 R3 = R2 R4 当环境温度变化时,由于粘贴在测点的应变片(以后称为工作应变片)和补偿应变片的条件相同, 它们因温度变化所产生的变化完全相同,如测点没有  图 1-1 桥式电路 应变时,注意到补偿应变片的电阻和工作应变片的电阻相同,容易看出电桥四桥臂的电阻值仍满足平衡条件 ?R1 ? ?R1 ?R3 ? ?R2 ? ?R2 ?R4 即温度变化不会破坏电桥的平衡状态。当测点有应变时,补偿块没有应变,电桥不平衡只是由于测点应变所引起。这就消除温度变化对应变测量的影响。 b、多点测量应注意的问题在压力容器应力测量中经常遇到大量测点的情况。为了有效地利用仪器设备,多点测量往往是通过预调平衡箱来完成。对常用的半桥单片补偿的情况平衡箱切换开关的接触电阻串入桥臂电阻。当接触不稳定时将带来虚应变及零点漂移。另外工作片轮流接入桥路而补偿片却长期通电,由此引起温升不同,温度补偿效果较差。因此