压力爆破

实验三 压力容器爆破实验

一、 实验目的

1、初步掌握压力容器整体爆破的实验方法及装置；观察并分析压力容器受力变形直至破坏的三个阶段所出现的各种现象。

2、测定容器的整体屈服压力值和爆破压力值并与理论计算值进行比较。

3、对压力容器爆破断口的形貌，作宏观分析，了解韧性断裂与脆性断裂的特征。

4、对爆破容器的性能进行评价的初步训练。

二、 实验设备

压力容器爆破试验装置、压力容器爆破试验数据采集系统、钢质无缝容器（一个）、ZB-010型空气压缩机机、PC 机、水。

图1压力容器爆破试验装置 图2 PC 机

三、 原理图

图3 压力容器爆破试验原理方块图

四、 实验原理

K= D 0/D i （圆筒外、内径之比），σs 、σb 分别为材料的屈服应力和抗拉应力。

1、屈服压力值的理论计算：（1） 屈服压力 221

3K K p s s -=σ

（2） 全始屈服压力（材料为理想弹塑性）

K

p s so ln 32

σ=

2、爆破压力值的理论计算：

承受内压的高压筒体，其爆破压力计算方法有如下几种：

Faupel 公式：

K p b s s b ln )2(32

σσσ-=

中径公式：

112=-=K K p b b σ

最大主应力理论

b b K K p σ)11(22+-=

最大线应变理论

b b K K p σ)4.03.11(22+-=

最大剪应力理论

b b K K p σ)21(22-=

最大变形能理论

b b K K p σ)31

(22-=

*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），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A 点

时容器内表面开始屈服，与A 点对应的压力为

初始屈服压力s p ；在弹塑性变形阶段（AC 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C点时两种作用已接近，C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（CD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D点，容器爆炸，D点所对应的压力为爆破压力b p。

五、爆破试件

钢质无缝容器；

材料：

设计压力：

公称容积：

公称直径（外径）：；

计算壁厚；

六、实验步骤

一、观察了解压力容器爆破实验装置的各个部分，如：压力容器爆破试验装

置、空压机、爆破试件、气液泵、传感器与压力容器爆破试验数据采集

系统等。

二、开始实验

1、启动电源，观察液位差表与试验压力表的变化。

2、移开安全罩，将贮液槽中装入适量的水。

3、在装置界面开启液压泵按钮，后开启空压机按钮，当液体溢出后，关闭

按钮。

4、将爆破试件中充满水，并用密封条缠绕后安装在装置上，拧紧，安装上

防护罩后在贮液槽中装入部分水。

5、启动电脑电源，打开爆破试验数据采集系统，输入用户名与密码并输入

文件名称，在采集系统中点击开始按钮。

图4 数据采集系统登陆界面

6、启动液压泵与空压机，观察液压差与试验压力表，采集系统自动采集数

据。

图5 数据采集系统界面

7、一段时间后，试件爆破，关闭液压泵与空压机。

三、数据采集与读取

1、保存计算机上的数据采集系统文件，观察压力值变化曲线。

2、取出试件，观察试件裂纹并思考。

七、实验报告

1、画出爆破后的试件外形简图，标明破口的尺寸、断口源；

2、画出断口表面简图，并进行宏观分析；

3、画出P---Q(进水量) P---t 线，定出Ps 、Pt值；

4、运用强度条件及有关标准，计算Ps 、Pt值；

5、讨论。

注意事项

加压前，必须排除里面的空气；

试验开始前，罩好保护罩；

思考题

1、压力容器爆破裂纹开口为什么是纵向而不是横向？

2、理论值和实验值的差别怎么引起的？

3、实际压力容器应用中应该如何开孔？