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实验二 外压容器失稳实验.docx

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实验二 外压容器失稳实验.docx

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一、试验目的:
观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。
测定圆筒形容器失去稳定性时的临界压力并与理论值相比较。
二、试验原理:
圆筒形容器在外压作用下,常因刚度不足使容器失去原有形状,即被压扁或折曲成波形
这就是容器的失稳现象,容器失去稳定性时的外压力,成为容器的临界压力,用p表示。
cr
圆筒形容器失去稳定性后,其横截面被折成波形,波数n可能是1,2,3,4,……等任意整数,如图一所示。
n
LJ
SMii
1
2
3
4
图一圆筒形容器失去稳定后的形状
容器承受临界值的外压力而失去稳定性,决非是由于容器壳体本身不圆的缘故,即是绝对圆的壳体也会失去稳定性。当然如壳体不圆(具有椭圆度)容器更容易失稳,即它的临界压力值会下降。
根据外压容器筒体的长短,可分为长圆筒,短圆筒和刚性圆筒三种,刚性圆筒一般具有足够的刚度,可不必考虑稳定性问题。但长圆筒,短圆筒必须进行稳定性计算,它们的临界压力P值大小主要与厚壁(t),外直径(D),长度(L)有关。亦受材料弹性模数(E),cr0
泊桑比(卩)影响。所谓长圆筒,短圆筒之分,并不是指它们的绝对长度,而是与直径壁厚有
关的相对长度。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度L表示。如容器长度L>L为crcr
长圆筒,反之为短圆筒。临界长度L由下式确定:
cr
L=、:Dt
cr00'
长圆筒:长圆筒失稳时的波数n=2,临界压力P"仅与叫有关,而与LD0无关。Per值
可由下式计算:
p
cr
=-2^(-)3
1-R2D
短圆壁:短圆筒失去稳定性时,波数n〉2,如为3,4,5……,其波数n可近似为:

n_4(LD)2(tD)
临界压力可由下式计算:

p—
crLD、:Dt
0%0
对于外压容器临界压力的计算,有时为计算简便起见,可借助于一些现成的计算图来进行。
实验装置:
11
El-
-010
图二外压圆筒失稳装置实验
1-横梁2-压紧螺母3-密封螺母4-压紧法兰5-垫片
6-外压圆筒7-心轴8-圆筒底垫块9-透明容器10-工作台
四、实验步骤及注意事项:
测量试件的有关参数:壁厚(t),直径(D°),长度(L)。用千分卡测壁厚,用游标卡尺
测内直径(便于精确测量)和长度,外直径D由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两
0
到三次,计算时取平均值。
按图二所示安装实验设备,先用手摇泵将透明容器内的水升至容器的约三份之二处;将外压圆筒试件6置于平板顶盖上,试件与平顶盖间用垫片5密封(试件折边上下各放一垫片);用压紧法兰4通过四个密封螺母2将试件压紧到平板顶盖上。
将圆筒底垫块8(一大一小)置于外压圆筒底部,把用心轴7置于圆筒底垫块的中心孔中,再将横梁1压在心轴7上,通过两个压紧螺母2上紧(用手旋紧既可);以此抵消试件承受的轴向载荷。
用手摇泵缓慢升压至试件破坏为止(试件破坏时有轻微的响声),记下容器的失稳压力(即有轻微响声时的瞬间压力,此压力为临界压力p)。失稳后不可再升压。
cr
打开手摇泵的开关卸压,待压力为零后取出试件,观察失稳后试件的形状并记下波纹数
关上手摇泵的开关,清理好实验备件和工具。
五、实验报告:
列出测量所得的试件几何尺寸数据。
验算波纹数n。
计算容器的临界压力并与实测值进行比较。
讨论、分析试验结果,分析误差原因。
六、讨论分析题
列出测量所测试件几何尺寸数据,实测波纹数。
圆筒形容器在周向外压作用下,为什么会可能失去原有形状。
圆筒形容器失稳后的形状与哪些因素有关?
圆筒形容器失稳后的压力与哪些因素有关?
外压圆筒的底部为什么要放一块垫板?