实验三 压力容器爆破实验

实验三    压力容器爆破实验 一、试验目的 1.测定圆筒塑性变形开始和结束时的屈服压力值； 2.测定圆筒破坏时的爆破压力，并通过计算验证理论公式； 3.了解过程装备控制专业数据自动采集测量系统基本单元的原理。 二、试验原理 1． 屈服压力值的理论计算： （1） 屈服压力 （2） 全始屈服压力（材料为理想弹塑性） 2． 爆破压力值的理论计算： 承受内压的高压筒体，其爆破压力计算有如下几种： （1） 公式： （2） 中径公式： （3） 最大主应力理论 （4） 最大线应变理论 （5） 最大剪应力理论 （6） 最大变形能理论 以上式中符号意义详见现教材“过程设备设计” 教材和王志文主编的“化工容器设计”以及余国宗主编的“化工容器及设备”。 3．爆破试验原理过程： 塑性材料制造的压力容器的爆破过程如图一所示，在弹性变形阶段（ 线段），器壁应力较小，产生弹性变形，内压与容积变化量成正比，随着压力的增大，应力和变形不断增加；到 点时容器内面开始屈服，与 点对应的压力为初始屈服压力 ；在弹塑性变形阶段（ 线段），随着内压的继续提高，材料从内壁向外壁屈服，此时，一方面因塑性变形而使材料强化导致承压能力提高，另一方面因厚度不断减小而使承压能力下降，但材料强化作用大于厚度减小作用，到 点时两种作用已接近， 点对应的压力是容器所能承受的最大压力，称为塑性垮塌压力；在爆破阶段（ 线段），容积突然急剧增大，使容器继续膨胀所需要的压力也相应减小，压力降落到 点，容器爆炸， 点所对应的压力为爆破压力 。 三、实验装置与工作原理 1．实验装置 本仪器中的液体介质油的吸入、压缩与排出是通过活塞腔容积的周期性变化而实现的。电机接入电源后进入正常运转，通过减速器带动偏心轮传至十字头滑块，活塞柱通过滑快与导向杆相连（导向杆在导向套内）做往复运动，当缸内处于低压状态时吸入介质油，活塞杆压缩时，泵内高压流体经过止回阀向爆破试件中输送，使爆破试件中内压不断升高。 2． 工作原理 本系统的压力增升原理图2所示，活塞杆9在缸内作往复运动，介质油通过进口单向阀5吸入缸内，活塞柱向缸内推进时，进口单向阀5关闭，介质油通过出口单向阀6流进爆破试件中。压力表4下面装有单向阀7，目的是为了在试件瞬间爆破时保护压力表（试件爆破后压力表数值仍旧保持）压力信号由压力传感器12通过接口13传送至计算机。 四、试验操作步骤及注意事项： 1．了解试验装置的结构（包括高压爆破教学试验台操作方法、压力传感器、 数据采集卡、 转换器等计算机硬件接口以及 测试软件的位置和功能）。 2． 测量尺寸：在爆破试件的上、中、下不同圆周方向上，测量外径三次；内径为已知值 （试件材料为20号无缝钢管加工而成，根据不同的理论公式计算可得到不同的理论爆破值。） 3．操作步骤： （1） 关闭卸荷阀10与11（即面板上左右支阀），观察仪器面板上的油标，看油缸中是否有足够的介质油，若油缸中油不足，可从导油杯2中直接加油（一般机油即可）。 （2） 启动电机前，须对试验机的十字头滑块、活塞杆等运动磨损件加油润滑；开机后待爆破试件接口3处有油溢出，再关闭电机。 （3） 将测量好欲爆破的厚壁圆筒试件预先灌满油（必须排除里面的空气），在出口上贴上一层薄纸（ 防倒转后漏油），倒转后快速旋到爆破试件接口上，用管子钳上紧，罩好保护罩。 （4） 打开计算机，点击桌面“ ”进入随机信号与振动分析系统；再点击“数据采集及处理 ”，进入“ ”界面。 （5） 点击“作业”在文件名编辑栏输入要创建的新文件名，见图3，然后点击“打开” （6） 点击“参数设置”，弹出“参数设置”对话框，选项“采样频率”选择1280；“工程单位”选择 ；再选择“校正因子”，见图4。 （7） 确定上述选项后进入“趋势图”菜单，在它下面有“时间设置”、“趋势采集”、“趋势显示”和“设置截距”四个子菜单。在“设置时间”对话框有“请输入总时间”，单位是秒，输入估计此次实验所用总时间；“间隔时间（≥200ms），单位是毫秒，选200的倍数，一般输入“200”；在“设置截距”中的每个通道对应的零工程单位对应的毫伏数为“1000”，对应通道数为“1”，如图五。 （8） 确认完上述参数后，点击“趋势采集”子菜单，此时打开实验机的泵电源，微机将跟踪爆破试件整个实验过程的压力变化直至爆破。 （9） 试件爆破后关闭电源，将计算机中本次实验创建的新文件名存盘，打印出整个实验过程曲线和有关记录；将爆破后的厚壁圆筒试件拆下。 五、实验： 1．讨论分析试件破坏的情况 2．将实测的爆破压力和各种理论公式的计算结果进行比较，并进行分析讨 六、分析讨论 1． 简述厚壁圆筒的爆破变形过程。 2． 对试件爆破断口进行分析，并计论爆破口为什么会鼓起？爆破口的方向和位置如何？ 3． 加载过程可能加载上不去，原因有哪能些？ 4． 试件尺寸，实验爆破压力值。 5.  韧性断裂与脆性断裂的特征。