爆破试验.docx

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爆破试验

爆破试验

专业：

过程装备及控制工程

姓名：

学号：

日期：

2015-05-10

地点：

教四

实验报告

课程名称：

过程设备设计指导老师：

刘鹏飞成绩：

实验名称：

高压容器爆破特征及爆破压力测试实验

同组学生姓名：

张振，唐小雨，陈铭，蒋正阳，卢斌

一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）

三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤

五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）

七、讨论、心得

一、实验目的和要求（必填）

通过容器的实际爆破，了解高压容器的受力特点，受力变形直至破坏的三个阶段、失效模式和相应的设计准则，要求对实验容器做出：

1.对压力容器爆破过程有一个感性认识，并对爆破试验的情况进行分析，观察爆破断口的形貌，做宏观分析，了解韧性断裂与脆性断裂的特性。

2.测定圆筒塑性变形开始和结束的屈服压力值。

3.测定圆筒破坏时的爆破压力，并通过计算验证理论公式。

二、实验内容和原理（必填）

（一）压力容器爆破基本理论

1．压力容器爆破试验

压力容器爆破试验是压力容器研究、设计、制造中的一种直观性很强的综合试验方法，目的是考核结构材料的各项机械性能，结构设计的合理性、可靠性及安全储备和其他方面性能。

压力容器爆破试验包括模拟试件的爆破和实际产品的爆破。

模拟试件的爆破试验，通常是模拟产品的实际情况，如与产品的材料、制造方法和工艺参数等具有相同的条件。

实际产品的爆破试验，即从产品中进行抽查，考核产品的综合性能。

2.压力容器爆破过程

对于塑性材料制造的压力容器，压力与容积变化量的关系曲线如图1-2所示。

图2-2压力与容积变化量的关系曲线

在弹性变形阶段（OA线段），内压与容积变化量成正比，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Ps；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，另一方面因厚度减小作用，到C点时，二中作用已接近，C点对应的压力是容易所能承受的最大压力，成为塑形垮塌压力；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的压力也相应减少，压力降落到Ｄ点，容器爆炸，Ｄ点所对应的压力为爆破压力Ｐｂ。

对于内压容器，爆破过程中内压与容积变化量的关系与材料塑性、试验介质、容器容积和厚度等因素有关。

对于脆性材料，不会出现弹塑性变形阶段。

虽然塑形垮塌压力实为爆破压力。

为了表征容器在爆破试验过程中各阶段的变化规律，可测定压力一加水量的关系曲线，根据曲线的形状，可以分析构件材料的力学性能，以便确定该容器的屈服压力和爆破压力。

３.理论计算公式

（１）弹性应力

　　　两端封闭的后壁圆筒，受到内压作用，在弹性范围内，筒壁上二向应力轴向应力和周向应力可以根据拉美公式计算，在外币出拉美公式简化为：

周向应力：

，轴向应力：

式中：

内压或试验压力，ＭＰａ；

　　　Ｋ—筒体的外径与内径之比，

（２）屈服压力

基于米塞斯屈服失效判据，

初始屈服压力

全屈服压力

爆破压力（福贝尔公式）

（二）电测法测量压力容器应力的基本原理

压力容器种类很多，默写部位的压力分布相当复杂，应力分析可以用理论计算或数值计算，但理论计算或数值计算模型都经过一定的简化，用试验应力分析方法直接测量计算部位的应力，是验证计算结果的可靠性的有效方法。

试验应力分析方法很多，但最常用的两种方法是电磁阀和烫发，其中又以电测法应用最为广泛。

本实验采用电测法。

电测法的基本原理是将电阻应变片用特殊的胶合剂粘贴在欲测应变的部位，当壳体受到载荷作用发生性变，电阻应变片中的电阻丝随之一起变形，导致电阻丝长度及截面积的改变，从而引起电阻值的变化。

通过电阻应变仪可以测得相应的应变。

在弹性范围内压力容器上的二向应力与应变服从广义胡克定律，由此可得：

式中：

—轴向应变；

—周向应变；

—轴向应力，MPa；

—周向应力，MPa；

—材料的泊桑系数；E—材料的弹性模数，MPa。

（二）爆破断口分析

压力容器爆破后，根据破口的形状、尺寸及裂源处的金属变形，进行宏观分析可以定性的分析构件材料的断裂特征。

压力容器的爆破断口，通常可分为三个区域，即纤维区，反射区及剪切唇，这就是断口特征的三要素。

纤维区紧接着断裂源。

靠近表面的区域是剪切唇。

根据断口三区域相对比例可判定构件材料的断裂特性。

材料越脆，纤维区，剪切唇越小，放射区越大。

反之即材料具有较好的韧性和塑性，纤维区、剪切唇越大，放射区越小，甚至出现全剪切的是韧性断裂。

压力容器韧性断裂时，总是伴随着大量的容积变形，容积膨胀率达10%以上。

韧性断裂的断口纤维区成暗灰色，断口没有闪耀的金属光泽。

由于这种断裂是先滑移后断裂，所以它的断裂方式是切断，即断裂的宏观表面与主应力成45度角。

圆筒形容器纵向裂开时，裂口是倾斜的，破裂面与半径方向成一角度。

脆性断裂时容器不会产生明显的伸长变形。

它一般是正应力引起的解理断裂，裂口断面与主应力方向垂直。

又因为脆断往往是晶界断裂，所以断口呈现闪耀金属光泽的结晶状

三、实验装置及材料

．设备及材料

（1）DH3818静态应变仪，高压泵，控制柜

（2）容器：

外径D1=140mm,壁厚

。

材料为：

37Mn,屈服极限

s=515MPa，强度极限

b=748MPa，弹性模量E=206GPa，泊松比

=0.3

（3）电阻应变片BX120-2BA，接线端子，502胶水，连接导线

（4）砂纸，丙酮，药棉等清洗材料，电烙铁，镊子等工具

（5）应变片的引线接法采用半桥接法

．实验装置

爆破容器实验装置见下图，由高压泵将水吸入，经排出管线注入试验容器，控制所需压力

高压容器爆破试验装置图

四、实验步骤

1.应变片的筛选

应变片的丝栅要排列整齐无弯折，无锈蚀斑痕，基底不能有局部破损。

经筛选后的同一批应变片要用万用表逐片测量电阻值，其电阻值相差不应超过0.5欧姆

2.容器贴片处表面处理

容器贴片处表面用锉刀锉平。

细砂纸打光，砂纸打的方向与应变片轴线成45°交叉线。

打磨平整后，在贴片位置上用划针、钢皮尺划出十字线，注意十字线要互相垂直，其中一线必须与容器中心线平行

3.将容器注满水，连接在实验装置上，开泵加水试漏，试漏完毕卸压。

4.应变片粘贴

用棉签浸95%酒精清洗贴片处表面3~4遍，至棉花仍洁白为止。

用镊子夹住应变片，502胶水挤一滴在应变片反面，然后将应变片放在贴片位置上使应变片的基准线对准十字线，将一片聚乙烯薄膜盖在应变片上，用大拇指把多余胶水和气泡挤出，手指压着保持1分钟左右不动，然后轻轻揭去聚乙烯薄膜。

检查贴片位置，有无气孔、翅曲等情况，不好的要重新贴片。

应变片引线拉起正根部，贴胶布。

用万用表检查贴好的应变片阻值和绝缘电阻，贴片前后阻值不应有较大变化，一般绝缘电阻应大于20MΩ

5.导线的连接和固定

导线头和接线端子片上的铜箔都预先挂锡，将导线焊接在端子片上，再将接线端子片用502胶水固定在试样上，然后将应变片引出线焊接在端子片上。

用胶布固定导线。

用万用表再一次测量电阻值和绝缘电阻。

如阻值变化太大会使电桥无法平衡，虚焊或绝缘电阻过低会产生漂移。

6.把应变片及导线编号，画出试件的布片图。

7.将容器放入爆破坑，所有人离开现场

8.打开静态应变仪的软件，平衡清零，然后开始采样

9.打开爆破升压软件，以5.0MPa的间隔,逐级升压并做出测量记录.记录破口位置并拍照.

10.卸下试验容器,整理试验现场和仪器工具

五、实验数据处理

六、结果分析

七、安全与注意事项

1.本试验是高压试验，虽然安全方面做了很多保障措施，但在试验过程中注意听从老师的安排，不要随意触摸电器开关和按钮。

2.容器长时间无法将压力提高时，要注意是否管道发生泄漏；对于压力明显不在屈服压力附近的压力停顿即可判断为泄漏，应当即泄压、检查、处理；对于屈服压力附近的压力停顿要区别是否为屈服区的正常停顿，若长时间停顿，应进行泄压、检查、处理

3.试验容器放在爆破坑内，以免发生意外事故

4.压力容器爆破试验注意事项：

1）爆破现场必须有安全防护措施，以保证人身、设备安全

2）必须提供容器材料的力学性能，估算容器的屈服压力和爆破压力

3）装满液体，连接好管路，然后设法排尽容器内和管路系统的气体，试漏。

4）容器放入爆破坑，爆破坑要有比较大的空间

5）必须分级加载，缓慢升压，注意压力变化