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实验一 内压薄壁容器的应力测定实验
一、实验目的：
1．了解薄壁容器在内压作用下，筒体的应力分布情况；验证薄壁容器筒体应力计算的理论
公式。
2．熟悉和掌握电阻应变片粘贴技术的方法和步骤。
3．掌握用应变数据采集测量仪器测量应变的原理和操作方法。
二、实验原理
1．理论计算
根据薄壁壳体的无力矩理论可以求得受内压的薄壁容器筒体部分的应力值：
经向应力（轴向应力）
ttDp
i
4)(
环向应力（周向应力）
ttDp
i
2)(
式中：p—容器所受内压力（
aMP
）
iD
－容器内直径)(mm
t
－容器壁厚)(mm
－经向应力 (Mpa)
－环向应力 (Mpa)
2．实验测定：
（1）应力测定的基本原理：
薄壁容器受内压后，器壁各点均处于两向受力状态，当其变形在弹性范围以内，容
器壁各点的应力应变符合虎克定律，即：
σ
φ=)(
12
E
σ
θ=)(
12
E
故只要测得容器壁的经向应变和环向应变，即可根据虎克定律求得σ
φ和σ
θ。 2
（2）用电阻应变仪测量应变的原理：
电阻应变测量法是测定压力容器筒壁应
变的常用方法之一。其测量装置由三部分组
成：即电阻应变片，连接导线和电阻应变仪。
常用的电阻应变片是很细的金属电阻丝粘于
绝缘的薄纸上而成。见图一所示，将此电阻片
用特殊的胶合剂贴在容器壁欲测之部位。当容
器受内压作用发生变形时，电阻丝随之而变
形。电阻丝长度及截面的改变引起其电阻值的相应改变，则可以用电阻应变仪测出电阻的改
变，再换算成应变，直接由应变仪上读出。
电阻丝的应变与电阻的改变有如下的关系：
ll
K
RR
式中：
RR
—电阻丝单位电阻改变
ll
—电阻丝单位长度改变（如电阻片与器壁完全一起变形，即无器壁之应变。）
K—灵敏系数，与电阻丝的物理性质有关，对于一定的电阻片而言，K为常数。
由于电阻丝的电阻R和K值对于一定的电阻片为一已知值，故只要测得ΔR（电阻丝电
阻改变）就可以求出
1 《化工设备机械基础》习题解答
第三章 内压薄壁容器的应力分析
一、名词解释
A组:
⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0。1的容器。
⒉回转壳体:壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体.
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论.
⒌第一曲率半径:中间面上任一点M处经线的曲率半径.
⒍小位移假设:壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解,原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制.
二、判断题（对者画√，错着画╳）
A组：
1。 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力?哪些不能？
（1） 横截面为正六角形的柱壳。（×）
(2） 横截面为圆的轴对称柱壳。(√)
(3） 横截面为椭圆的柱壳。 （×）
（4） 横截面为圆的椭球壳。 （√）
（5） 横截面为半圆的柱壳。 （×）
（6） 横截面为圆的锥形壳. （√）
2。 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。（×）
3。 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径RR21，则该点的两向应力m。 （√）
4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时,则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器.(×)
5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（√）
B组：
1。 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒内液体静载荷不是沿轴线对称分布的,所以不能用薄膜理论应力公式求解。（√）
内压薄壁容器的应力测定
一、实验目的
1.了解电阻应变片的结构，作用及工作原理。
2.初步掌握常温下电阻应变片的粘帖技术，并对被测容器做好粘帖应变片、接线、防潮、检查等准备工作。
3.测定薄壁容器在内压作用时，圆筒及封头上的应力分布。
4.比较实测应力和理论计算应力，分析它们产生误差的原因。
5.掌握“应变电测法”测定容器应力的基本原理和测试技术。
二、实验原理
由中低压容器设计的薄壳理论可知，薄壳回转容器在受压时，在离开与封头连接处的器壁厚度上将产生径向的和环向（切向）主薄膜应力σφ,σθ及其相应的主薄膜应变εφ,εθ,当它们超过材料的曲服强度时，就导至容器破坏或大面积屈服。一方面，圆筒与封头连接的边缘地区，由于几何形状的不连续而成的附加弯曲应力，此应力与薄膜应力叠加会产生比薄膜应力高很多的综合应力,这种应力具有局部性，一离开边缘就快速衰减。边缘应力对疲劳失效和脆性破坏有重大影响，其大小与容器的形式，制造质量及操作条件有关，而工程实际中，不少结构和零部件，由于形状比较复杂，理论上作应力分析相当困难，这时就要采用实测应力分析法，此外在一些重要的结构中，在进行理论分析的同时，还需要进行模型后实际结构的应力测量，以验正理论分析的可靠性和计算的精确度，因此实验应力分析在压力容器的应力分析与强度设计中占有重要的地位。
实测应力的方法很多，但目前应用的主要有两种，即光弹法和电测法，其中电测法应用的最多。我们这个实验就是用电测法测容器中的应力。一般容器器壁中的应力不能直接观察到，但变形无论多麽微小，总是可以测量的，由于变形和内力有一定的关系，只要知道这钟关系，就可以通过测量变形来达到测量应力的目的，由于薄膜容器的应力是两向应力，所以测出径向应变和环向应变，就可以根据广义虎克定律求相应应力：
σφ=E（εφ+μεθ）/（1－ μ2 ） （a）
实验一薄壁容器内压应力测定实验
一、实验目的
通过实验测量薄壁容器内部的压应力，并对实验数据进行分析，掌握薄壁容器内部压应力的测量方法和技巧，加深对应力的理解和认识。
二、实验原理
薄壁容器内部压应力的产生主要是因为容器内有压力。薄壁容器内的压力是由容器内部的气体或液体所施加的作用力引起的。在静止平衡的状态下，容器内部所受的压力与容器所产生的内部应力相等，即：
σ = P × r / t
其中，σ 为容器内部应力，P 为容器内部压力，r 为容器半径，t 为容器壁厚度。
通过测量容器壁的变形量可以求得内部应力的大小，具体方法可以使用：应变覆盖片法、电阻应变桥法、光栅应变传感器法、激光干涉法等，本次实验使用应变覆盖片法进行测量。
应变覆盖片法的原理是：在测量表面粘贴不同类型和数量的弹性薄膜传感器（应变覆盖片），并使用电缆将数字信号传递到计算机系统中，计算机通过解读信号来实现应变的测量。
三、实验器材和仪器
实验器材：薄壁容器、虎钳、吸盘、加热器等。
仪器：应变覆盖片（包括型号为RSTR-1/120-LY8W的3片应变覆盖片、型号为KY-2000A的数字化应变测量仪），加热器、计算机等。
四、实验步骤
1、使用虎钳将薄壁容器夹住，并使用吸盘尽量固定在实验台上。
2、在薄壁容器上粘贴3片应变覆盖片，在不影响测量的前提下均匀地分布在容器上表面，并将每个应变覆盖片的信号通过电缆与计算机相连。
3、使用加热器和安装在容器上的温度传感器使容器内部的温度达到设定温度，保持一段时间，以使容器内部压力稳定。
4、在容器达到稳态后，记录容器内部压力P。 5、使用计算机记录每个应变覆盖片的信号，并根据不同的应变传感器标定曲线，计算出应变。
6、根据容器的几何尺寸和应变值，计算容器内部的应力大小σ，并与容器内部压力P进行对比。
