实验二--外压容器失稳实验.doc

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 表示。圆筒形容器失去稳定性后，其横截面被折成波形，波数可能是1，2，3，4，……等任意整数,如图一所示。

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，它们的临界压力值大小主要与厚壁()，外直径()，长度（）有关。亦受材料弹性模数()，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表示。如容器长度>为长圆筒，反之为短圆筒。临界长度由下式确定：

长圆筒：长圆筒失稳时的波数=2，临界压力仅与有关，而与无关。值可由下式计算：

短圆壁：短圆筒失去稳定性时，波数>2,如为3，4，5……，其波数可近似为：

临界压力可由下式计算：

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。

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三、实验装置：
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
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四、实验步骤及注意事项：
1. 测量试件的有关参数：壁厚()，直径()，长度（）。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）。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。
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？