壓力容器爆破實驗一、 實驗目的觀察高壓容器爆破過程的彈性、屈服、強化和破裂等階段。測定容器整體屈服壓力與爆破壓力并與理論計算值進行比較。觀察破口形狀，分析開裂過程。二、 基本原理及實驗內容(一)實驗原理壓力容器爆破實驗是壓力容器研究、設計、制造中的一種直觀性很強的綜合實驗方法。通過爆破實驗可以考核結構材料的各項機械性能、結構設計的合理性、可靠性及安全儲備和其它方面性能。塑性材料制造的壓力容器在逐漸增大的載荷作用下，會經歷從彈性變形到塑性變形直至爆破的過程。屈服壓力值的理論計算：屈服壓力cK2-1p.ITKT全始屈服壓力(材料為理想彈塑性)p=-2clnK

寸p=-2clnK

寸3so2.爆破壓力值的理論計算:承受內壓的高壓筒體，其爆破壓力計算方法有如下幾種:(1)Faupel公式:2

p2

p—^^c

bt'3c(2-—)lnKcb(2)中徑公式:(2)中徑公式:偵2cbM(3)最大主應力理論(3)最大主應力理論K2—1Pb=(m)cb（4）最大線應變理論K2-1Pb~(1.3K2+0.4"b(5)最大剪應力理論(6)最大變形能理論(5)最大剪應力理論(6)最大變形能理論在已知材料機械性能（屈服極限和強度極限）的條件下，壓力容器在爆破過程中的屈服壓力和爆破壓力，可以應用不同失效準則的理論公式進行估算，采用最有代表性的是福貝爾（Faupel）公式，如式（3-1）所示。。p=^=b（2一―）lnK（3-1）b部，氣式中a，一一容器材料的屈服極限，MPa；ab——容器材料的強度極限，MPa； 圖1壓力與流量變化的關系K——容器外徑與內徑之比。3.爆破試驗原理過程：塑性材料制造的壓力容器的爆破過程如圖一所示，在彈性變形階段（04線段），器壁應力較小，產生彈性變形，內壓與容積變化量成TOC\o"1-5"\h\z正比，隨著壓力的增大，應力和變形不斷增加；到4點 c時容器內表面開始屈服，與4點對應的壓力為初始屈令 -服壓力p、;在彈塑性變形階段（AC線段），隨著內戚壓的繼續提高，材料從內壁向外壁屈服，此時，一方面因塑性變形而使材料強化導致承壓能力提高，另一 1/0 容積變化量圖2-26厚壁圓筒中壓力與容積更化量的關.系

方面因厚度不斷減小而使承壓能力下降，但材料強化作用大于厚度減小作用，到。點時兩種作用已接近，C點對應的壓力是容器所能承受的最大壓力，稱為塑性垮塌壓力；在爆破階段（8線段），容積突然急劇增大，使容器繼續膨脹所需要的壓力也相應減小，壓力降落到D點，容器爆炸，D點所對應的壓力為爆破壓力pb。（二）實驗內容采用鋼制模擬試件作為試件進行爆破實驗，通過觀察容器在由小至大的壓力作用下，壓力的數值變化和容器的變形、爆破情況，測定屈服壓力、爆破壓力、體積膨脹率，并繪制壓力一加水量關系曲線，觀察爆破斷口并進行宏觀分析。三、實驗裝置與流程實驗裝置：如圖3-1所示。由于容器爆破時具有一定的危險性，所以壓力容器整體爆破實驗裝置必須安全可靠，要有防護措施。要求裝置對加水量能進行控制并能準確計量。壓力表精度要求不低于1.5級。LI101-儲油罐液位、LT101-LI101-儲油罐液位、LT101-計量管液位傳感器、PI101-實驗壓力表、PT101-實驗壓力傳感器；HV001-手動調壓閥、HV0101-儲油罐放空閥、HV0102-儲油罐加料閥、HV0103-儲油罐出口閥、HV0104-計量管出口閥、HV0105-泄壓閥1、HV0106-泄壓閥2、HV0107-調壓閥、HV0108-試件放空閥、HV0109-回油閥。V101V102—— P1012.儀表控制面板電源密:黃 電蹦示:塊 電源墅:紅OOO計量管枕成

（■D）戴壓力里示儀

2.儀表控制面板電源密:黃 電蹦示:塊 電源墅:紅OOO計量管枕成

（■D）戴壓力里示儀

（MPa）mo蛹空開儀表電洲際O㈱曲泵七四燈儀表蛹柱宴加壓栗電源OO圖2-3儀表控制板四、實驗步驟及注意事項（一）實驗步驟：實驗前應對容器的內外表面進行宏觀檢杏，并確定壁厚和外徑，找出壁厚的最小位置處（即可能發生爆破的爆破點）。同時，還要測出容器的實際容積。開動高壓泵緩慢升壓，使容器受力均勻。先升至公稱工作壓力，打開容器及管路系統上的排氣閥，使其排氣卸壓，這樣反復進行數次，利用壓力把容器內和管路系統內殘余的氣體排盡，排盡氣體后，在實驗軟件上點擊“開始實驗”按鈕，再從零壓開始，逐級升壓，軟件會自動記錄數據，并同時準確記錄每次加入的水量和對應的壓力。當加載至預計整體屈服壓力時，此時必須注意要同步。這時要讀取準確的數據可以用加水量來控制，即當加入一定容積的水以后，立即讀出壓力表所顯示的壓力值。由于容器出現屈服，此階段內壓力上升的變化不大。繼續定量加水，當容器過了整體屈服階段后，壓力又開始明顯上升，此時表明容器已進入材料強化階段。隨著壓力緩慢上升，容器的塑性變形繼續增大，器壁隨之減薄，直至喪失承載能力而發生破裂。在此過程中注意準確讀取加水量和對應壓力的數據。測量結束后，在實驗軟件上點擊“停止實驗”按鈕，并且打開泄壓閥系統壓力卸載，并關閉電動機及其它測量儀器，打開回收發，把液壓油回收到儲油罐中。（二）注意事項：1.必須提供試件材料的機械性能，并估算試件的整體屈服壓力與爆破壓力。.必須在容器上設置排氣孔，設法排盡試件內和管路系統內的氣體。.必須分級加載，緩慢升壓，每級穩壓1?2分鐘，并準確記錄壓力和對應的加水（油）量。.注意觀察壓力表的變化，正確地讀取整體屈服壓力和爆破壓力。.容器爆破后應保護好斷口，以利分析。要求對斷裂面采取防銹保護，任何時候不能用銼刀銼，更不能用酸洗。.正確繪制壓力一加水量曲線，計算體積膨脹率，注意破裂位置形狀與斷口形貌。.爆破實驗有一定的危險性，所以爆破現場必須有安全防護措施，以保證人身、設備的安全。五、實驗報告實驗數據記錄、列表。根據爆破實驗過程記錄的數據（壓力和加水量的對應數值），正確繪制壓力一加水量曲線圖，確定整體屈