北京化工大学：《过程设备设计》课程教学资源（实验指导）实验九 外压薄壁容器的稳定性实验

实验九外压薄壁容器的稳定性实验 一、实验目的： 1.实测园筒形容器失稳时的临界压力值，并与不同的理论公式计算值进行 比较。 2.观察外压薄壁容器失稳后的形态和变形的波数， 3.学习光线示波器的使用方法。 4.了解差动远传压力表的工作原理及结构特点。 二.基本原理 园筒形容器在外压力作用下，常因刚度不足失去自身的原来形状，即被压扁 或产生折皱现象，这种现象称为外压容器的失稳。容器失稳时的外压力称为该容 器的临界压力。对园筒形容器丧失稳定时截面形状由园形跃变成波形，其波形数 可能是2、3、4、5、…等任意整数。 外压园筒依其临界长度为界为长园筒、短园筒和刚性园筒。 1.园筒的临界长度公式为： Le =1.17DVSo D L6=1.3 D G,S o 式中：D—园筒的中径mm So—园筒的计算壁厚mm E -材料的弹性模数MPa 05- 一气材料的屈极限MP 当圆筒长度L>L时，属于长圆筒： 当圆筒长度L:L'<L<L临时，属于短圆筒： 当圆筒长度L<L临时，属于刚性圆筒。 L一圆筒计算长度（系指圆筒两个刚性构件间的距离） 本试验中试件的计算长度L是指从顶盖下表面到试件底部的圆弧过渡部分 的距离处。 2.圆筒的临界压力计算公式 (1)长圆筒的临界压力计算公式 2ES。)3 P8-1-AD (2)短圆筒的临界压力计算公式 1

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①R.V.Mises公式 Ph=- m-42n2-1- 12-2R ②B.M.Pamm公式 A=259E LD, D 式中：4—材料的波桑系数： R一圆筒的中间面半径cm; 一波数： L—圆筒计的算长度 cm (③)利用外压园筒的图算法计算其临界压力。 3.波形数的计算公式 n= 7.06s。 D \L) D 三。实验装置 （一)实验装置如图一所示， (二)实验设备和测量仪表 1.手动试压泵 型号是：400一1型，压力为40MPa 2.缓冲罐 设计压力为0.6MPa 容器内径为中400 3.加压罐 设计压力为：0.6MPa 容器内径为：中400 4.应变式压力传感器

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777777 7 1.手动试压泵2.阀门3一压力表4.缓冲罐 5.外压容器试件6.差动远传压力表7.加压罐 图一外压容器稳定性实验装置图 四。实验步骤 (一)测量试件的有关参数 1.实际长度、园弧处内部高度、翻边处高度 2.外直径、内直径 3.壁厚 将所测尺寸填人下表内 试件尺寸记录表 单位 mm 试件编号外径 内径 壁厚 实际长度圆弧处翻边处 计算长度 内面高度 高度 1 2 (二)将缓冲罐和加压罐内充一定量的水： (三)将差动远传压力表电动装置上的导线一端接在电源上，另一导线的一端接在 光线记录示波器上： {四)打开纪录仪上的电源开关，预热20分钟左右： 3

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(五)用纪录仪记录标定压力 1.在加压罐上端加一块盲板，对称地把紧螺母： 2.打开纪录仪电源，五分钟后纪录仪工作稳定： 3.打开纪录仪光点和光栅和光点开关，将光点安排在记录纸的左（右）侧零线 上： 4.光线纪录仪记录速度选为25mm/秒。 5.用手摇泵升压，当压力由0升至0.1MPa时，停止升压，立即按拍摄钮.依 其同样方法连续记录0.2、0.3、0.4和0.5MPa时的压力曲线。此曲线即为标定压力 图象。然后关 闭拍摄按钮： 6.卸压：打开手摇泵上卸压阀，使压力降至0，迅速关闭卸压阀门。 7.取出盲板 (六)实测试件的失稳压力值 1.将试件装入加压罐内，要注意的是使垫圈要紧贴试件上端翻边处的四周， 以防泄漏，然后对称地拧紧螺母： 2.用手摇泵开始升压，同时按下示波器上的拍摄按钮，并让其自锁。用手摇 泵缓慢加压，直至试件失稳为止。 3.打开泵上的卸压气阀，使系统泵压力降至0，迅速关闭卸压阀门.然后关 闭拍摄按钮。 4.取出试件，观察和记录失稳后的波形及特点。 (七)关闭示波器开关，切断电源 (八)清理实验装置 五.实验报告内容及要求 1.简述实验目的： 2.按比例绘制方式件失稳前后的横断面形状图； 3.根据压力标定记录曲线，用最小二乘法将压力值P(自变量)和记录曲线高 度田值（变量）回归成标定方程： H=a+b·p 式中： a=,-b…p P.-IEP.Xa.) b=- Σp,2-亿P,} 然后用钢板尺测量出压力记录曲线上P'c点处的高度值H'c,井代人标定方程， 计算出实测的临界压力P

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4.用R.V.Mises公式、B.M.Pamm公式和图算法分别计算试件的临界 压力值。 5.用近似公式计算试件变形波数。 6.将理论计算值和实如值填入下表内 试 试件尺寸mm 实测P理论计算PMP 波数 MPa 型L D S L/DD/S仪表目测 Mises Pamm 图 实 号 测 测 法

5 44 RVMises mBMPamm *©6 •+,-" 6Ê*ÍG=»" •ËÌ mm  P ✪ MPa •  P ✪ MPa ,-  ¶ · L D S L/D D/S ³=  + Mises Pamm ©  6    1 2