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过程装备实验指导书

陕西科技大学机电工程学院

2009年6月

目录

TOC\o"1-3"\h\z\u实验一YSP-15型民用液化石油气钢瓶应力测量实验 3

实验二外压容器失稳实验 10

实验三离心泵性能实验 16

实验四风机性能实验 21

实验五磁粉、超声、渗透探伤实验 27

实验六过程装备制造综合实验 36

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

式中ε—应变仪测得的应变值；

最大压力限制在1.6MPa以下。

六、实验过程

排尽钢瓶内气体后,在零表压下调整个个测点的零点（如果记录了零表压下的初始应变值，也可不用调零，应用相对应变来计算），然后用三级压力按下列顺序加压和卸压,测量各点应变值,反复进行三次,取平均值。

加压:

卸压:

七、结果分析

为了便于实验数据与理论计算值进行比较,在由各组测量应变数据计算出相应的应力后,用各级对应压力下的圆筒无力矩理论计算的环向应力进行无量纲化。即采用下式计算各点的应力增强系数。

轴向：

环向：

式中i=1,2,3。对应于3级不同的压力；

j=1,2,3,4,5,6,7,8,9,对应于9个不同的测点。

通过应力增强系数，可以比较实测值和理论值之间差异的大小。

八、讨论

(1)将实测值与理论解相比,思考此钢瓶设计是否合理?为什么?

(2)封头圆弧与直线过渡部分壁厚如何变化?是否需要采取措施?钢瓶嘴附近是否需要采取补强措施?

(3)理论上根据环向应力公式和轴向应力公式，环向和纵向的应力比为2：1，思考：这能不能说明环向和轴向的应变的大小比值也为2：1？应该是多少？

(4)思考如何测量汽水饮料罐（比如铝制罐装的可口可乐）中的内部压力。

(5)思考本实验中有那些因素会引起测量结果的不准确。

九、钢瓶参数

如下图所示：实际壁厚可以通过超声波测厚仪得到。壁厚为mm。椭圆封头形状系数K=0.8（相当于椭圆封头长短轴比a/b=1.67）。材料为20号钢板。

图1-2钢瓶简图图1-3布片位置及应力分布图

实验数据记录表（环向应变εθij）

实验时间:年月日时

实验人员: