实验二外压容器失稳实验

实验二外压容器失稳实验一、试验目的：1.观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定性后的形态。2.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crp表示。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。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crp值大小主要与厚壁(t)，外直径(0D)，长度（L）有关。亦受材料弹性模数(E)，泊桑比()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crL表示。如容器长度LcrL为长圆筒，反之为短圆筒。临界长度crL由下式确定：tDDLcr0017.1长圆筒：长圆筒失稳时的波数n=2，临界压力crp仅与0Dt有关，而与0DL无关。crp值图一圆筒形容器失去稳定后的形状可由下式计算：32)(12DtEpcr短圆壁：短圆筒失去稳定性时，波数n2,如为3，4，5……，其波数n可近似为：42)()(06.7DtDLn临界压力可由下式计算：tDLDEtpcr00259.2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。三、实验装置：四、实验步骤及注意事项：1.测量试件的有关参数：壁厚(t)，直径(0D)，长度（L）。用千分卡测壁厚，用游标卡尺4410546789132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10测内直径（便于精确测量）和长度，外直径0D由内直径加壁厚得到。各参数分别测量两到三次，计算时取平均值。2.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。3.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。4.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crp）。失稳后不可再升压。5.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。6.关上手摇泵的开关，清理好实验备件和工具。五、实验报告：1.列出测量所得的试件几何尺寸数据。2.验算波纹数n。3.计算容器的临界压力并与实测值进行比较。4.讨论、分析试验结果，分析误差原因。六、讨论分析题1列出测量所测试件几何尺寸数据，实测波纹数。2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。3圆筒形容器失稳后的形状与哪些因素有关？4圆筒形容器失稳后的压力与哪些因素有关？5外压圆筒的底部为什么要放一块垫板？