外压容器失稳实验.ppt

外压容器的失稳实验
实验前的预备知识:
外压容器失稳实验是过程装备与控制工程专业的主要实验之一。所谓失稳是指承受外压载荷的壳体,当外压载荷增大到某一数值时,壳体会突然失去原来的形状,被压扁或出现波纹,载荷卸去以后,壳体不能恢复原状,这样的现象称为外压壳体的失稳或屈服。对于壁厚与直径比很小的薄壁回转壳,失稳时器壁的压缩应力通常低于材料的比例极限,这种失稳称为弹性失稳,本实验就属于弹性失稳的情况。
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外压容器失稳实验中失稳的试件
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一、实验目的:
1、观察薄壁容器在外压作用下丧失稳定的现象。
2、测定圆柱形薄壁容器在外压作用下丧失稳定的临界压力,并与理论值进行比较,以验证临界压力公式。
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二、实验原理:
圆柱形容器在受内压作用时,当容器的应力超过极限强度时,便引起容器的破坏。对于在某一外压作用下的容器,往往强度能满足要求,既容器内的压应力还未达到材料的极限强度时,壳体突然失去原形而出现被压瘪的现象,此时壳体横截面由原来的圆形被压瘪呈现几个波形。薄壁容器在失稳前所能承受的最大外压力称为临界压力,
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临界压力与波数决定于容器长度与直径的比值及壁厚的直径比值。(对于给定外直径D0和壳壁厚度t的圆柱壳,波纹数和临界压力主要决定于圆柱壳端部边缘或周向上约束形式和这些约束之间的距离,既临界压力与圆柱壳端部约束之间距离和圆柱壳上两个刚性元件之间距离L有关。)
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按照失稳情况,受外压的圆筒形外壳体有长圆筒、短圆筒之分,长圆筒失效时变形波数为2,短圆筒试失效时变形波数大于2。我们用理解长度来划分长短圆筒,当其长度大于临界长度则属于长圆筒范围,反之属短圆筒范围。临界长度公式为:
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刚制长圆筒临界压力公式为:
刚制短圆筒临界压力公式为
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变形波数:
以上诸公式中:
So—圆筒的壁厚,(cm)
D—圆筒中径,(cm)
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L —圆筒的长度,(cm)
μ—泊松比,碳钢μ=
(关于以上公式的推导请详细参阅《过程设备设计》中第二章、压力容器应力分析,)
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三、实验装置:
(a)       ADS801型压力变送器
(b)      WAQ2-30V3A直流稳压电源
(c)       数据采集卡
(d) 游标卡尺,测厚仪
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