外壓容器失穩實驗

一、實驗目的
1.?觀察薄壁圓筒形容器在外壓作用下喪失穩定后的形態，從而區別及掌握容器在外壓作用和內壓作用下的變形和破壞的實質。
2.?測定薄壁圓筒形容器在外壓作用下失去穩定性時的臨界壓力，并與理論值相比較。
3.?觀察薄壁圓筒形容器在外壓作用下，軸向力對失去穩定性的影響。

二、實驗原理
圓筒形容器在外壓作用下，常因剛度不足使容器失去其原有形狀，即被壓扁或折曲成波形，這就是容器的失穩現象。容器失穩時的外壓力稱為該容器的臨界壓力PCr， 其橫截面被折曲成波形，波數n可能是2，3，4，5……等任意整數，如圖一所示：

?

?

?

?????????????????? 圖一???? 圓筒失去穩定后的形狀
筒形容器的臨界壓力PCr的大小主要決定于容器的幾何尺寸（L、D、S）及所用材料的性質（μ、E）的影響，殼體橢圓度與材料的不均勻性，能使臨界壓力PCr的數值降低。
外壓容器根據筒體的長短，可分為長圓筒、短圓筒和剛性圓筒三種。剛性圓筒一般具有足夠的剛度，可不必考慮穩定性問題。一般長圓筒、短圓筒之間的劃分用臨界長度LCr表示，如容器長度L>LCr為長圓筒，L?????????????????????????????????????????????????????????? （1）
???????????????????????????????????????????????????
1．?長圓筒：失穩時波數為n=2，臨界壓力僅與S/D有關，與L/D無關，計算式為：
?????????????????????????????????????????????????????? （2）
2．短圓筒：失穩時波數為n>2,如為3、4、5……，其波數n可近似地為：

????????????????????????????????????????????????????????? （3）
????????????????????????????????????
臨界壓力PCr的計算公式為：

?????????????????????????????????????????????????????（4）

或用最小PCr的近似計算式計算：
????????????????????????????????????????????????????? MPa? （5）

公式（4）、（5）必須符合下列條件才能適用：
（1）圓筒器壁中所產生的應力低于在操作溫度下的屈服限，即σCr<σSt；
（2）橢圓度e<0.5％；
如不符合上述條件，則改用下面公式計算：

????????????????????????????????????????????????????? MPa? （6）
對于外壓容器臨界壓力的計算，有時為了計算方便，可借助于一些現成的計算圖來進行。

?表二
試件序號?容器失穩時臨界壓力PCr與波數n?誤?? 差?? 分?? 析
?實? 測? 值?理? 論? 值?絕 對 誤 差?相 對 誤 差
?PCr（MPa）?n?PCr（MPa）?n?|PCr理 - PCr實|?|PCr理 - PCr實|
PCr理
???????? (MPa)?
???????? (MPa)?