压力容器应力测试系统方案探讨

　　压力容器是一种能够承受气态或液态介质压力的密闭容器，也是过程装备中最大类的设备，在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域中，承担着传热、传质、化学反应等工艺过程，具有相当重要的地位和作用。由于压力容器应用的广泛性和特殊性以及事故率高、危险性大等特点，如何能设计和开发安全高效的压力容器是过程控制专业从业人员一直思考和探索的问题。目前对压力容器的设计方法主要有两种——常规设计和分析设计。常规设计主要针对一些很简单的结构进行理论分析设计，设计结果往往偏于保守，使得产品笨重，造价高，很不利于产品的市场竞争。而分析设计方法是针对产品的不同部位进行应力分析，用不同的极限应力来控制不同部位处的工作应力，这样的设计克服了常规设计以点带全的缺陷，所得产品较常规设计轻巧且材料利用率高。目前，压力容器进行应力分析的手段主要有：实验应力分析方法和有限元计算法。有限元方法是力学、计算方法和计算机技术相结合的产物，也是一个虚拟的试验台，该方法需要大量的专门知识，而且其结果的正确性除了大量的实践经验来证明外，有时还需要进行模型或实际结构的应力测量来验证数值分析的可靠性和计算精度。由此可见，在压力容器的应力分析和强度设计中，应力的测试有着广泛而重要的意义，要获得真实的应力值，测试系统是关键。

　　一、测试系统的基本特性

　　测试是测量、检测和试验的总称，是具有试验性质的测量，是从客观事物中获取有关信息的过程。在这一过程中，借助测试装置，通过合适的实验方法检测对象的有关信息，经过应用处理，将其结果提供给用户或输入其他信息处理装置及控制系统，一个完整的测试系统包括图 1.1 所示部分。我们总是希望测试系统输出的信号能真实且不失真的反映被测信号，而这一过程与测试系统的方案有相当大的关系，主要表现在该测试系统所采用的测量原理、测量方法、测量系统和数据处理这四个方面。

　　二、应力测量原理和方法

　　测量原理是指用什么原理去测量被测量，不同性质的被测量用不同的原理去测量，同一性质的被测量也可用不同的原理去测量。

　　应力是物体受到载荷产生变形时，在内部任一截面单位面积上形成的内力，压力容器的应力则是由于内外压载荷在容器任一单位截面上产生的内力。由于容器材质的差异、壁厚的变化、曲率半径的不连续以及容器附件的安装等使得容器不同截面上的应力产生较大差异，要直接测定这些应力的大小是非常困难的，通常只能采用间接测量方法进行测量。目前应力测量方法主要有：电测法、光弹性实验法、光弹性贴片法、云纹法等。其中以电阻应变测量法最常用，这种方法的原理是将电阻应变片固定在被测构件上，当构件变形后，应变片的电阻值会发生变化，再通过一定的转换装置将应变值输出。当测出容器表面不同部位的线应变后，再通过广义虎克定律计算出容器不同部位的应力分布。如对中、低压薄壁容器的应力公式：