实验二外压容器的失稳实验
薄壁圆筒外压失稳实验
薄壁圆筒外压失稳实验一、实验目的1.观察外压容器的失稳破坏现象及破坏后的形态。
2.验证外压筒体试件失稳时临界压力的理论计算式。
二、实验装置基本配置表一、实验装置基本配置表：图一、薄壁圆筒外压失稳实验装置三、实验原理薄壁容器在受外压作用时，往往在器壁内的应力还未达到材料的屈服极限，而在外压达到某一数值时，壳体会突然推动原来形状而出现褶皱，这种现象称为失稳，失稳时的压力称为临界压力，以P cr [MPa]表示。
它与材料的弹性性能(弹性模数E 和泊桑比μ)、几何尺寸(简体直径D 、壁厚S O 和筒体计算长度L)有关。
钢制薄壁容器的临界压力与波数的计算公式如下：长圆筒Bress 公式：202)(12DS E P cr μ-=(1) 短圆筒B.M.Pamm 公式：)()//()/(06.7/59.242002正整数D L S D n s D LD ES P cr ==(2)临界尺寸：0/17.1L S D D cr = (3) 当L ＞L cr 时，为长圆筒； 当L ＜L cr 时，为短圆筒。
式中：P—临界压力，MPa；crD—圆筒直径，mm；L—圆筒计算长度，mm；S0—圆筒壁厚，mm；E—材料弹性模数，MPa；μ—材料泊桑比；n—失稳时波数；Lcr—临界长度，mm。
四、实验操作步骤1．开启计算机，启动计算机、打开实验软件。
2．检查压力传感器和温度计是否正常。
3．测量试件几何尺寸，检查水箱内水是否充足，适量添加。
4．启动离心泵，向失稳灌内注入适量水（水加至试件放入不易水为宜），安装测试试件。
5．停止离心泵，将压力仪表输出值调至0，启动压缩机。
6．慢慢改变仪表输出值，增加压力，记录压力变化曲线。
7．通过有机玻璃观察试件受压及其变形情况（失稳瞬间有响声）。
8．关闭实验设备，释放压力，取出实验试件分析实验数据。
五、实验数据。
设计型外压容器失稳实验研究
言，
外压容器失稳实验是将容器在外压作用下造成 失稳 变形 的一 种教学 实验 ，也是 压力容 器 失效破 坏 的一 个典 型教 学演示 实例 ，它具 有操作 简单 、结 果 直观等特点被作为过程装备与控制工程专业 （ 简称 过控专业 ） 开设专业实验课 的首选实验 ，已经成为
Ｉ ｓ ａ ｉ ｔ ｐｅ ｉ ｅ ｔ Ｉ ｖ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｔ ｒ ａ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ｎ ｔ ｂ ｌ ｙ Ｅｘ ｒ ｍ ｎ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｆＥｘ ｅ ｎ ｌＰｒ ｓ ｕ ｅ Ｖｅ ｓ ｌ ｉ
Ｂａ ｅ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ Ｔｙ ｅ Ｃｏ ｅ ｔ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ｐ ｎｃ ｐ
（ 大连理工大学化工机械学院 ，辽宁 大连 ｌ６２ ） ０４ １
摘要 ：针对传统验证型外压容器失稳 实验 不足 ，开发 一种设计 型的外压 容器失稳 实验 。通过在容 器 中安置 一套带 内加 强板
的可调 节支撑装置 ，由学生 自己设计调 节方案 ，实现 在不同加 强结构形 式下与 实验 对应的临界 失稳 压 力和形态 ，根据 实验
ｓ ｒ ｅ ｓ ｌ ｎ ｈ ｔ ｅ ｅ ａ ｅ—ｄ ｓｇ ｅ ｃ ｏｄ ｎ ｔ ｄ ｎ ｓｏ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｎ，ｔ ｕ ｈ ｉ ｅ ｎ ｒｔ ａ ｕ ｋ ｉ ｇｐ ｅ ｓ ｒ ｕ ｅ ｖ ｓ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅｓｉ ｎ ｒＷ ｒ ｆ ｓ ｅ ｉ ｄ ａ ｃ ｒ ｉｇ ｔ ｓｕ ｅ ｔ ｗ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｎ ｏ ｐ ｈ ｓｔ ｅ ｄｆ ｒ ｔｃ ｉ ｌｂ ｃ ｌ ｒ ｓ ｕ ｅ ｉ ｃ ｎ ｅ ａ ｄｉ ｈ ｐ ａ ｅｏ ｓｒｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ ｂ ｂ ｅ ｖ ｄ， ｔ ｅｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｏ ｅ ｓ ｈ ｍｅ ｃ ｎ ｂ ｅ ｆ ｄ ｂ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ．Ｔ ｅ ｐ ａ ｔ ａ ａ ｈ ｎ ａ ｅ ｌ ｓ ｅ ｈ ｅ ｉ ｉ ｔ ｆ ｈ ｃ ｅ ａ ｅ ｖ ｒ ｅ ｙ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｒ ｓ ｌ ａ ｉ ｔ ｉ ｉ ｉ ｌ ｓ ｈ ｒ ｃｉ ｌ ｅ ｃ ｉｇ ｃ ｓ Ｊ —ｅ ｇ Ｕ Ｑ ａ ｌｎ Ｏ ｉ ｐ ｎ ，ＷＡ Ｇ Ｚ — Ｕ Ｉ ｕ －ｅ Ｕ Ｄ —ｅ ｇ ｏｉ ｕ Ｎ ｅＷ ，ＬＵ Ｒ ｎｊ ，Ｈ ａｐｎ ｉ
外压容器的失稳实验报告
一、实验目的1. 了解外压容器失稳现象的产生原因及机理。
2. 通过实验验证外压容器失稳的临界压力与容器几何尺寸、材料性质等因素的关系。
3. 掌握外压容器失稳实验的基本操作和数据处理方法。
二、实验原理外压容器失稳是指在外压作用下，容器壁内薄膜应力突然转变为弯曲应力，导致容器失去原有形状的现象。
当外压达到一定值时，容器将发生失稳破坏。
外压容器失稳的临界压力PCr主要受容器几何尺寸（长度L、直径D、壁厚S）和材料性质（弹性模量E、泊松比μ）的影响。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：压力传感器、电子万能试验机、百分表、卡尺、支架等。
2. 实验材料：低碳钢圆筒形容器。
四、实验步骤1. 将圆筒形容器固定在支架上，确保容器水平放置。
2. 使用卡尺测量容器的外径D、内径D0和壁厚S。
3. 将压力传感器安装在容器顶部，确保传感器与容器顶部紧密接触。
4. 将百分表连接到压力传感器，用于测量容器变形量。
5. 启动电子万能试验机，缓慢增加外压，同时观察容器变形情况。
6. 当容器发生失稳破坏时，记录此时的外压值，即为临界压力PCr。
7. 重复上述实验步骤，进行多次实验，取平均值作为最终结果。
五、数据处理与分析1. 根据实验数据，绘制容器外压与变形量的关系曲线。
2. 根据实验结果，计算容器失稳时的临界压力PCr。
3. 将实验得到的临界压力PCr与理论值进行比较，分析误差原因。
4. 分析容器失稳现象的产生原因及机理，探讨影响临界压力的因素。
六、实验结果与分析1. 实验结果：通过多次实验，得到圆筒形容器失稳时的临界压力PCr为P0。
2. 理论计算：根据理论公式，计算容器失稳时的临界压力PCr为P理论。
3. 结果比较：实验得到的临界压力PCr与理论值P理论基本吻合，误差较小。
4. 分析：实验结果表明，容器失稳现象的产生主要与容器几何尺寸、材料性质及外压大小有关。
当外压超过一定值时，容器将发生失稳破坏。
七、结论1. 外压容器失稳现象的产生与容器几何尺寸、材料性质及外压大小密切相关。
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cr p 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cr p 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(μ)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cr L 表示。
如容器长度L >cr L 为长圆筒，反之为短圆筒。
临界长度cr L 由下式确定：t D D L cr 0017.1=长圆筒：长圆筒失稳时的波数n =2，临界压力cr p 仅与0D t 有关，而与0D L 无关。
cr p值图一 圆筒形容器失去稳定后的形状可由下式计算：32)(12Dt E p cr μ-=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：42)()(06.7D t D L n =临界压力可由下式计算：tD LD Et p cr 00259.2=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。
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 ）。
外压容器失稳说课稿
外压容器失稳说课稿化工制药部管艳丽设计理念依据课标、教材和学生情况，以上位学习为指导，坚持以创设问题情境为切入点，以观察事实为基础，以培养学生思维能力为核心，以提升学生探究能力为重点。
同时还要综合考虑其他教学因素，下面将我的设计列举如下：一、依据课标说教材（一）地位、作用：本节内容选自化学工业出版社中等职业学校规划教材《化工机械基础》（罗世烈主编）的第二章第四节。
本章内容主要讲解化工容器的组成与种类。
外压容器失稳只要化工容器工作过程中出现的一种失效形式。
在化工行业，最引人注目的就是各种各样的容器，它们已经被广泛用于石油、化工、环保、医药等工业领域。
可以说，在现代化工和石油行业，容器是必不可少的，所以本章是全书的重点之一。
根据受压性质，容器分为内压容器和外压容器，那么本节主要讲授外压容器工作过程中会出现的失效和影响因素，课时一学时。
（一）教学目标：结合《化工机械基础》的教学特点、学生的整体认知能力和实际认知能力，确定以下教学目标：1、知识目标：A、掌握外压容器失稳的概念和形式B、掌握临界压力的概念和影响因素2、能力目标：A、培养学生自我学习能力B、培养发现问题、分析和解决问题的能力C、培养学生团队合作意识，让学生沟通协作能力得以提升E、通过视频和图片，结合老师的讲解，把理论知识和生产实际结合起来，培养学生生产操作的初步能力。
3、情感目标：A通过多媒体和动画教学，增加本门课的趣味性和学生的学习兴趣，激发学生的学习热情。
B、培养合作与分享的学习习惯（三）教学的重点和难点：1、教学重点：A外压容器失稳的概念及形式B临界压力的概念2、教学难点：外压容器失稳形式和临界压力的影响因素二、求真有度说教法我主要采用以下几种教法：1、学习指导法：发放任务书指导学生学习，培养学生初步养成自我学习的好习惯2、直观演示教学法：利用多媒体课件、图片、视频等进行直观演示，创设情境，把枯燥的课本理论知识丰富化，激发学习兴趣，充分调动学生求知欲，活跃课堂气氛，促进对知识的掌握。
外压容器失稳课件
实验：
外压薄壁容器
什么样的容器称为外压容器？
外部压力大于内部压力的容器
真空干燥设备
减压蒸馏系统
外压容器工作过程中会发生什么？
刚才的视频中，看 到了什么现象？
容器突然间瘪了
此容器在工作中承受什么力？ 压力
容器在还没发生强 度破坏的时候就突 然的被压瘪。
一、外压容器失稳概念： 这种在外压作用下，筒体 突然失去原有形状而被压 瘪或出现波纹的现象，称 外压容器的失稳
失去稳定性和 谁有关？
临界 压Pcr
临界压力
三、临界压力：导致筒体失稳的外压
工作压力为0.04PMa、 0.03MPa时？
工作压力为 0.06MPa时呢？
容器正常工 作
失稳
容器正常的工作压力 要 小于 临界压力Pcr
四、临界压力Pcr的影响因素
L、D、S
临界压 力Pcr和 哪些因 素有关 系？
外压容器正常工作 的必要条件是，
二、外压容器失稳形式 轴 侧 向 向 失 失 局部失稳 稳 稳
简图
保证足够的 稳定性
载荷？ 变形？
简图
简图
1、侧向失稳：主要承受侧
小
向外压，变形为横截面由 圆形变为波形（扁了、瘪 了）
2、轴向失稳：承受轴向外 压，变形为径线由直线变 结 为曲线 3、局部失稳：局部外压， 变形为局部径线由直线变 为曲线
材料性能
筒体形状及材 料的不均匀性
1、
几何尺寸：L、D、S
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2、材料性能
3、筒体形状和材 料的不均匀
材料的弹性 模数越大， 临界压力 就越大，
材料的形 状和材料 的不均匀
结束
小结：
1、外压容器失稳及失稳形式
实验二_外压薄壁容器的稳定性实验
实验二 外压薄壁容器的稳定性实验一、实验目的1．掌握失稳的概念，了解圆筒形壳体失稳后的形状和波数；2．掌握临界压力的概念，了解长圆筒、短圆筒和刚性圆筒的划分及其临界压力。
二、实验内容测量圆筒形容器失稳时的临界压力值，并与不同的理论公式计算值及图算法计算值进行比较。
观察外压薄壁容器失稳后的形态和变形的波数，并按比例绘制试件失稳前后的横断面形状图，用近似公式计算试件变形波数。
对实验结果进行分析和讨论。
三、实验装置过程装备与控制工程专业基本实验综合实验台，详见附录二。
四、实验原理1．圆筒的临界长度计算如式(2-1)和式(2-2)：cr 1.17L = （2－1）'L =cr （2－2）当：L >cr L 时，属于长圆筒；'L cr <L <cr L 时，属于短圆筒；L <'L cr 时，属于刚性圆筒。
2．圆筒的临界压力计算公式（1）长圆筒的临界压力计算如式(2-3)：3221E t P D μ⎛⎫= ⎪-⎝⎭cr （2－3） （2）短圆筒的临界压力计算如式(2-4)和式(2-5)： ①R.V .Mises 公式()()()32222222211121111Et E t n P n R nL nL R n R R μμππ⎡⎤⎢⎥--⎛⎫⎢⎥=+-+ ⎪⎢⎥-⎝⎭⎡⎤⎛⎫⎛⎫+⎢⎥ ⎪-+⎢⎥ ⎪⎝⎭⎣⎦⎝⎭⎢⎥⎣⎦cr （2－4） ②B.M.Pamm 公式2Pcr （2－5） （3）利用外压圆筒的图算法计算其临界压力 3．波数的计算公式（2－6）五、实验步骤（一）测量试件参数（见图2-2）1．测量试件实际长度0L 、圆弧处外部高度1h 、 翻边处高度2h ；外直径2D 、内直径1D 。
图2-2外压薄壁容器试件图2-1外压薄壁容器的稳定性实验流程图（二）计算试件参数计算壁厚t 、圆弧处内部高度3h 、中径D 、计算长度L 。
（三）实验台操作外压薄壁容器的稳定性实验流程图如图2-1所示，实验前打开阀门V05、V07、V09、V10、V12，关闭其他所有阀门。
外压薄壁圆筒失稳实验反思
外压薄壁圆筒失稳实验反思本次实验是一次关于外压薄壁圆筒失稳的实验，在实验过程中，我们使用了一些基础的实验设备和工具，如万能试验机、薄壁圆筒等。
通过这次实验，我深刻地认识到了实验中技术操作的重要性，同时也了解了外压薄壁圆筒失稳的相关知识。
在实验中，我们首先对薄壁圆筒进行了预处理，包括切割、制作、焊接等。
这些操作都需要严格按照实验操作规程进行，在操作过程中需要注意安全。
经过预处理后，我们使用万能试验机对薄壁圆筒进行了外压实验。
在实验过程中，我们发现了一些问题，如试验机的读数不够准确，试验结果的误差较大等。
这些问题都需要我们在实验过程中加以注意，并及时进行调整和改进。
通过实验数据的统计和分析，我们发现薄壁圆筒失稳的临界外压力和材料的弹性模量有关。
在实验中，我们通过改变材料的厚度、长度和直径等参数，来探究外压薄壁圆筒失稳的规律。
通过实验数据的分析，我们得出了结论：外压薄壁圆筒失稳的临界外压力与材料的弹性模量成正比，与材料的厚度、长度和直径成反比。
在实验过程中，我们也遇到了一些问题。
首先，由于试验机读数不够准确，导致实验结果的误差较大。
其次，在焊接薄壁圆筒的过程中，由于技术不够熟练，导致焊接不牢固，从而影响了实验结果。
这些问题都需要我们在今后的实验中加以注意，并且加强技术训练，提高实验操作的技能。
在实验结束后，我对本次实验进行了反思。
通过实验，我更加深入地了解了外压薄壁圆筒失稳的相关知识，并掌握了一些实验操作技能。
同时，我也意识到实验中安全操作的重要性，需要时刻保持警惕。
今后，我将继续加强实验技能的训练，提高实验操作的水平，以便更好地完成实验任务。
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实验二 外压容器的失稳实验
一.实验目的
1. 观察薄壁容器在外压作用下丧失稳定的现象。
2. 测定圆柱形薄壁容器在外压作用下丧失稳定的临界压力，并与理论值进
行比较，以验证临界压力公式。
3. 观察试件失稳后的波数和波形。
二.实验原理
容器在受内压时，当器壁内的应力超过材料的极限强度时，便引起容器的破
坏。
对于在某一外压作用下的容器，往往强度能满足要求，即器壁内的压应力还未达到材料的极限强度时，壳体会突然失去原来的形状而出现被压瘪呈现几个波形。
薄壁容器在失稳前所能承受的最大外压力称为临界压力；临界压力与波数决定于容器的长度对直径的比值及壁厚对直径的比值。
因此，对外压容器而言，既有强度问题，还有稳定性问题。
容器丧失稳定性的原因，绝非容器壳体不圆，即使是非常圆的壳体也会丧失稳定性；当然，壳体不圆，容器容易丧失稳定，即它的临界压力下降。
容器丧失稳定性的道理和压杆失稳的道理类同，外压容器的临界压力P cr 与下面因素有关。
< 1 >. 长度与直径之比L
D ；
< 2 >. 厚度与直径之比
S D 0
； < 3 >. 材料的物理性质；
按失效情况，受外压的圆筒壳体有长圆筒、短圆筒之分。
用临界长度（L cr )来作为划分长、短圆筒的界限，当其长度超过临界长度时，属于长圆筒范围。
反之属于短圆筒。
临界长度可按下列公式计算：
017.1S D
D
L cr = ( cm ) ( 1 ) 长圆筒的临界压力公式为：
3
02
)(12D S E P cr μ-= ( Kgf / cm 2 ) ( 2a ) 对于钢制圆筒，取μ=0.3，则上式可写成
3
02.2⎪
⎭⎫
⎝⎛=D S E P cr ( Kgf / cm 2 ) ( 2b ) 短圆筒的临界压力公式可按下式进行近似计算：
P ES LD D S
cr =
25902
0. ( Kgf / cm 2 ) ( 3 )
钢制圆筒的失稳波数
n
D
S
L
D
=
706
2
2
4
.()
( 4 )
以上诸公式中:
D−−圆筒中间面的直径．( cm )
S0−−减去壁厚附加量的壁厚．( cm )
L−−圆筒的长度. ( cm )
E−−弹性模数，碳钢取E=⨯106 ( Kgf / cm2 )
μ−−泊桑系数，碳钢取μ=
三.实验装置
１．手摇试压泵： 2．缓冲罐：３．试验容器：４．薄皮垫：５．Ｏ型橡胶垫６．偏置压块：７。
有机玻璃压盖：８。
密封圈：９：压盖：１０。
试件：
１１．轴向支撑件：Ａ．缓冲罐减压阀：Ｂ．放空阀：Ｃ.卸压阀：ａ．缓冲罐压力表：ｂ．试压容器压力表：
图一
本实验装置由手摇泵，缓冲罐、试验容器等组成（图一），试验容器由螺栓与平板压盖9相连接，平板中心开有圆孔，下垫一块中心开孔的橡皮垫相连接，再下面贴一块中心开孔的薄铁皮，试验时将试件压入橡皮垫的孔内．当容器内的压力升高时，液压将垫片压紧而建立密封；为了消除轴向力对试件的影响，试件中放入支撑件11，支撑件上端顶在压盖7上．压盖中部是有机玻璃，以观察实验时试件的压扁过程．
实验采用的试件为瓷杯，工具有游标卡尺、内卡、外卡、钢皮尺及扳手和钳子等．
四.实验步骤
１．试件放入前，准确测量试件的长度，直径和壁厚，按每隔９００测量一次，取其平均值．
２．将试件放入实验装置的试压容器内，使橡皮紧扣在试件的开口端，以达到密封作用；放入支撑件，再在试件上端放置好垫圈，用有机玻璃压盖压住，最后将偏置压块压住，拧紧螺钉．
３．先关闭阀门a，利用试压泵给缓冲罐加压到一定压力，停止加压；然后打开阀门Ⅱ，缓慢给试压容器放压，直至试件失稳，并记下压力计读数．４．打开阀门C，待试压容器内压力下降到０后，松开偏置压块，取出失稳试件，观察其压扁情况，并测出失稳波数．
五.实验报告要求
１．列表详细记录实验所测各项数据．
２．用公式计算L cr
，，确定试件属于何类圆筒．
３．用图解法和计算法验算试件的临界压力值（P cr）．
4．验算试件失稳时的波数ｎ．
５．将临界压力（P cr）的理论值与实测值比较，得出相对误差的大小，并分析产生和原因．
附：
实验情况记录
表中：Ｄｉ−−−试件内径mm．
ＤＯ−−−试件外径mm.
L cr−−−临界长度值mm；其它符号同前．
e−−−试件圆度.。