外压容器失稳实验

外压容器失稳实验

一、实验目的
1. 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下丧失稳定后的形态，从而区别及掌握容器在外压作用和内压作用下的变形和破坏的实质。
2. 测定薄壁圆筒形容器在外压作用下失去稳定性时的临界压力，并与理论值相比较。
3. 观察薄壁圆筒形容器在外压作用下，轴向力对失去稳定性的影响。

二、实验原理
圆筒形容器在外压作用下，常因刚度不足使容器失去其原有形状，即被压扁或折曲成波形，这就是容器的失稳现象。容器失稳时的外压力称为该容器的临界压力PCr， 其横截面被折曲成波形，波数n可能是2，3，4，5……等任意整数，如图一所示：

                   图一     圆筒失去稳定后的形状
筒形容器的临界压力PCr的大小主要决定于容器的几何尺寸（L、D、S）及所用材料的性质（μ、E）的影响，壳体椭圆度与材料的不均匀性，能使临界压力PCr的数值降低。
外压容器根据筒体的长短，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。一般长圆筒、短圆筒之间的划分用临界长度LCr表示，如容器长度L>LCr为长圆筒，L                                                           （1）
                                                   
1． 长圆筒：失稳时波数为n=2，临界压力仅与S/D有关，与L/D无关，计算式为：
                                                       （2）
2．短圆筒：失稳时波数为n>2,如为3、4、5……，其波数n可近似地为：

                                                          （3）
                                    
临界压力PCr的计算公式为：

                                                     （4）

或用最小PCr的近似计算式计算：
                                                      MPa  （5）

公式（4）、（5）必须符合下列条件才能适用：
（1）圆筒器壁中所产生的应力低于在操作温度下的屈服限，即σCr<σSt；
（2）椭圆度e<0.5％；
如不符合上述条件，则改用下面公式计算：

                                                      MPa  （6）
对于外压容器临界压力的计算，有时为了计算方便，可借助于一些现成的计算图来进行。

 表二
试件序号 容器失稳时临界压力PCr与波数n 误   差   分   析
 实  测  值 理  论  值 绝 对 误 差 相 对 误 差
 PCr（MPa） n PCr（MPa） n |PCr理 - PCr实| |PCr理 - PCr实|
PCr理
         (MPa) 
         (MPa)