一、试验目的：
1． 测定高压容器筒体在内压作用下，内、外壁面的应力，并与理论值进行比较。 2． 掌握用应变数据采集测量仪器测量应变的原理和操作方法。 3． 了解高压液下电阻应变测量的基本方法。 二、实验原理： 1．应力值的理论计算
高压容器筒体在内压作用下，筒壁处于三面应力状态。在弹性范围内，其应力值可由拉 美公式求得，计算公式详见表一。
表一 高压筒体应力的理论值
其中：－i p 容器筒体承受的内压(MPa)。
-K 容器筒体的直径比，i o i
o
R R R R K ，,=
分别为容器筒体的外半径和内半径 －r 容器筒体壁内任意一点的半径)(m m 。
2．应用电阻应变仪测量筒壁应力
容器筒壁应力的测量，目前常用的方法为电阻应变测量法，即在筒体内、外壁面上，用特制的胶水，
沿筒壁的轴线方向及圆周方向粘贴电阻片。本试验中，电阻片的粘贴位置如图一所示，在筒体接管的下方一圆周上，将圆周内外分别分成八等份；1、3、……15号电阻片为内壁面的轴向片，2、4、……16号电阻片为内壁面的环向片，17、19……31号电阻片为外壁面的轴向片。18、20……32号电阻片为外壁面的环向片。
当筒体承受内压后，电阻片随之变形。电阻片变形后，其电阻值亦发生改变，因而应用电阻
图一 电阻片布置图
应变仪可测得筒体内外壁面的应变值，应变仪的原理及结构见实验一中所述。
贴在容器筒壁上的电阻片由于温度的变化，会产生一定的变形从而给测量带来一定误差。粘贴在容器内壁面上的电阻片除温度影响外，因受容器内介质压力的作用（见图二），也会造成变形使电阻值发生变化，给测量带来误差，这种现象称电阻片在高压下的“压力效应”。 应力测试
无论是由温度变化还是压力效应所引起的误差都必须消除。消除这些误差的方法即称“补偿”。温度补偿的方法在试验三中已经用过，而高压液下的补偿方法常用的有两种：即外补偿及内补偿。
内补偿：将工作片贴在容器内壁面上，外补偿片贴在与筒体相同材料的试块上，试块安放在容器内，并尽量靠近工作片（见图三）。当容器内承受压力时工作片及补偿片的温度、压力条件基本相同，此时工作片的压应变为：
'
'T
εεεε++=压工 补偿片的应变为：
∙
∙++=T P εεεε压补
式中：P ε－试块由于受到介质三向压力而引起变形从而使补偿片产生的应变。
'
压
ε,∙
压ε－工作片和补偿片由于压力效应而引起的应变。 'T
ε，∙
T ε－工作片和补偿片由于温度效应而引起的应变。
因工作片和补偿片靠得较近，温度压力条件基本相同，故认为： ∙
≈压压
εε
' ∙
≈T T
εε'
如将工作片和补偿片同时接近电阻应变仪的两个桥臂上，（工作片接AB ，补偿片接BC ）
则应变仪读数为：
∙
∙-T p T
εεεεεεεεε－－＋＋＝－＝压压补工读''
因为 ∙
≈压压
εε
'
, ∙
≈T T
εε' ，故 p εεε－＝读
图二 电阻片的压力效应 图三 内补偿
即筒体内壁面金属的真实应变值为：
p εεε+=读 (1)
由于试块承受三面均匀压力（如图四）故三个 方向的应力相等。
P z y x -===σσσ
如电阻片贴在x 方向，由虎克定律： ()1
p x x y z E εεσσσ⎡⎤==
-
+⎣
⎦
)]([1
P P P E
----=μ
. 12P E
μ
-=- 当筒体材料为碳钢时，μ＝0.3，6101.2⨯=E MPa ，因此，P P 7102-⨯-=ε
将P ε值带入（1）式，则筒壁金属的真实应变：
P 7102-⨯-=读εε (2)
外补偿法：将工作片（测量片）贴在容器壁上，补偿片贴在一个筒体相同材料的试块上，
并将试块置于容器外的油槽中。此时补偿片仅起温度补偿作用，即工作片的应变为：
'
压
压工＋＝εεεε+ 式中，压ε为工作片由于压力效应引起的应变；其余符合同前。补偿片的应变为：
'
压
补＝εε
当工作片及应变片接入应变仪二个桥臂时，应变仪读数为：
压压压补工读＋－＋＋＝－＝εεεεεεεεε='
')(T
压读－εεε=∴ (3)
此处由压力效应引起的应变需要单独测出，通常将若干电阻片贴在一试块上并置于容器
内，作为工作片。另用一电阻片贴于试块上并置于容器外油槽中作为补偿片，当容器受压时工作片的应变为：
'
1压
压＋＝εεεε+P 补偿片应变为：'
T εε＝补
当工作片及补偿片接入应变仪时，应变仪读数为：
图四 试块受力情况
压压补工读＋－＋＋＝－＝εεεεεεεεεP T T P ='
')(
E
P
P )21(μεεεε-∴＋
＝－＝读读压 在弹性范围内，所测得的应变与应力之间遵循广义虎克定律：
⎪⎪⎪
⎩
⎪⎪
⎪⎨⎧+-=+-=+-=)]([1)]([1)]([1r z z z r r
r z E E E σσμσεσσμσεσσμσεθθθθ …………………………………………（4） 对于筒体的内、外壁面上，其边界条件为： 内壁面：
1R r = P r -=σ
外壁面： 0R r = 0=r σ
将此边界条件代入（3）式，经化简、整理后得筒体内、外壁面应力的计算公式如表二。
表二 由实测应变计算应力
三、实验装置
实验装置及尺寸见本实验末页图五所示。 四、实验步骤
1． 了解压力自控泵压力自动调节系统的操作方法。
2． 关闭试压泵卸压阀，开启容器上的排气阀，启动试压泵的容器内注油，待排气阀排
出油时，停止试压泵，关闭容器上的排气阀，使装置处于试验的准备状态。 3． 了解电阻片的编号及其在容器内外壁面上的对应位置。
4． 检查导线在平衡箱上连接情况，并记下平衡箱上各接线点所对应的电阻片号。 5． 按试验三所讲述的方法，调节好应变仪及平衡箱，使之处于准备测试状态。
6． 启动试压泵，使系统升压，升压级数按0，3，6，9，12（MPa ）进行，在上述各压力级
上停泵测定内、外壁各电阻片的应变值，并记入附表。
7． 降压、开启试压泵上的泄压阀，使压力表指针缓缓下降，降压阶段也按12，9，6，3，0
（MPa ）停留，并测各压力下容器内外壁面上各电阻片的应变值，记入附表。 8． 测量完毕，切断电源，清理现场。 五、 注意事项：
1．本试验为在高压下测定容器内外壁的应力分布。试验前必须掌握系统的升降压操作。
操作时应严肃认真，避免出设备和人身事故。
2．各电阻应变片接入平衡箱后应检查各旋钮是否旋紧。试验人员不要随便走动。应变测定
时动作要轻，以免影响读数的准确性。
3．本试验在试验前应对实验指导书进行学习，掌握实验的原理及操作方法，操作步骤等。 六、实验报告
1．列出各测定应力的测量数据及计算数据表：
计算中6101.2⨯=E 3.0=μ，应变值取升降压过程的算术平均值。
2．分别将容器内外壁轴向应力及环向应力的测定值和理论值绘制出容器沿圆周方向的 应力分布图。 4． 分析与讨论。
附高压容器应力测定实验记录表及实验装置及尺寸图：
高压容器应力测定实验记录
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