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一種驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置。本裝置包括圓柱形的筒體，筒體的兩端設(shè)置為以下兩種方式：筒體的一端通過焊接連接試驗(yàn)用外壓球形容器的球殼作為端部，球殼的凹面設(shè)置為朝向筒體外側(cè)，筒體的另一端焊接連接一個(gè)凸面向外的球形封頭，所述筒體、球殼以及球形封頭共同圍成一個(gè)封閉的內(nèi)腔；或者，筒體的兩端均通過焊接連接試驗(yàn)用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個(gè)球殼分別為第一球殼和第二球殼，第一球殼和第二球殼的凹面均設(shè)置為朝向筒體外側(cè)，筒體、第一球殼以及第二球殼共同圍成一個(gè)封閉的內(nèi)腔。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、測量準(zhǔn)確等特點(diǎn)，可以用于驗(yàn)證外壓球形容器的臨界載荷，為外壓球形容器的設(shè)計(jì)提供參考。
【專利說明】一種驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，多行業(yè)為開展模擬太空、真空環(huán)境條件下的各類防熱試驗(yàn)和空氣動(dòng)力學(xué) 試驗(yàn)，需建造大量承受外壓載荷的大型容器。其中，與圓柱形容器相比，球形容器因具有試 驗(yàn)精度高、連貫性好、占地面積小、節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，是大型外壓容器的常用選擇方案。
[0003] 工程上，為保證大型外壓球形容器的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，通常會(huì)在球殼表面設(shè)置不同 型式不同疏密的第二加強(qiáng)筋。然而，當(dāng)前容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 150-2011《壓力容器》中僅給出 表面光滑（不設(shè)第二加強(qiáng)筋）的球殼計(jì)算公式，并未涉及表面帶第二加強(qiáng)筋的球殼的外壓 設(shè)計(jì)。對(duì)于表面帶第二加強(qiáng)筋的球形容器，為確定其臨界外壓載荷，一般采用的理論分析方 法有兩種，分別是線性的特征值屈曲分析（特征小撓度解）和非線性有限元分析，其得到的 臨界載荷結(jié)果差異較大，仍需通過實(shí)物試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
[0004] 中國專利文獻(xiàn)CN 102426142 A公開了一種"管材外壓變形的力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置及 實(shí)驗(yàn)方法"，裝置的儲(chǔ)液罐與安全閥連接，安全閥與壓縮機(jī)、加壓閥連接，儲(chǔ)液罐與泄壓閥、 過濾器連接，加壓閥與壓縮機(jī)連接，泄壓閥、加壓閥與高壓倉連接，高壓倉體內(nèi)腔置有試樣 管材，兩端連接端蓋，端蓋通過密封壓環(huán)、密封圈、密封圈支環(huán)與高壓倉體連接。實(shí)驗(yàn)步驟： 關(guān)閉泄壓閥及打開加壓閥，向儲(chǔ)液罐加入液體，打開排氣口，關(guān)閉排液管，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮 機(jī)工作，液體由儲(chǔ)液罐被壓入高壓倉體中，繼續(xù)增壓，觀察數(shù)據(jù)記錄器，當(dāng)壓力接近管材屈 服變形時(shí)，降低增壓速度，當(dāng)壓力突然下降時(shí)即為管材失穩(wěn)破壞應(yīng)力。
[0005] 中國專利文獻(xiàn)CN 102564859 A公開了一種"外壓容器失穩(wěn)試驗(yàn)裝置"，它包括：筒 體、試驗(yàn)架、法蘭、法蘭蓋、壓蓋、排氣閥、安全閥、數(shù)字顯示壓力表、計(jì)算機(jī)、壓力源、緩沖罐 排水閥、筒體排水閥、緩沖罐和壓力傳感器；工作時(shí)，向筒體內(nèi)加壓，可測出待測容器僅在周 向均布外壓作用下或者在周向外壓及軸向載荷聯(lián)合作用下的失穩(wěn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0006] 上述已申請(qǐng)公開的發(fā)明專利均針對(duì)承受外壓的圓柱形容器或圓柱形管材，并未涉 及球形容器的外壓臨界載荷確定。若對(duì)球形容器整體進(jìn)行外壓試驗(yàn)，則人力、材料耗費(fèi)巨 大，不滿足經(jīng)濟(jì)性要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、測量 準(zhǔn)確的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0009] -種驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，本裝置包括圓柱形的筒體，筒體上分別 設(shè)置有進(jìn)液口和排液口；所述筒體的兩端設(shè)置為以下兩種方式：
[0010] 筒體的一端通過焊接連接試驗(yàn)用外壓球形容器的球殼作為端部，所述球殼的凹面 設(shè)置為朝向筒體外側(cè)，筒體的另一端焊接連接一個(gè)凸面向外的球形封頭，所述筒體、球殼以 及球形封頭共同圍成一個(gè)封閉的內(nèi)腔；
[0011] 或者，筒體的兩端均通過焊接連接試驗(yàn)用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個(gè)球 殼分別為第一球殼和第二球殼，第一球殼和第二球殼的凹面均設(shè)置為朝向筒體外側(cè)，所述 筒體、第一球殼以及第二球殼共同圍成一個(gè)封閉的內(nèi)腔。
[0012] 同時(shí)，本發(fā)明還可以通過以下技術(shù)措施得以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)：
[0013] 優(yōu)選的，所述球殼與筒體之間采用全焊透結(jié)構(gòu)。
[0014] 優(yōu)選的，所述球殼的凸面一側(cè)在靠近所述筒體的連接處設(shè)有第一加強(qiáng)筋，所述第 一加強(qiáng)筋呈圓環(huán)狀，且圓環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋與所述球殼同心設(shè)置。
[0015] 優(yōu)選的，本裝置還包括一個(gè)凸面朝向筒體內(nèi)側(cè)的球形堵頭，所述堵頭用于筒體兩 端均焊接有球殼的加壓試驗(yàn)中，當(dāng)兩個(gè)球殼中的一個(gè)先到達(dá)失穩(wěn)后，所述堵頭封焊在筒體 的失穩(wěn)球殼的一端以使得加壓試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行。
[0016] 優(yōu)選的，圓環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋所包圍的區(qū)域即為球殼測試區(qū)域；所述球殼測試區(qū) 域中設(shè)有環(huán)狀或條狀的第二加強(qiáng)筋。
[0017] 優(yōu)選的，圓環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋所包圍的區(qū)域即為球殼測試區(qū)域；所述第一球殼的 球殼測試區(qū)域?yàn)楣饷鏍?，第二球殼的球殼測試區(qū)域中設(shè)有環(huán)狀或條狀的第二加強(qiáng)筋。
[0018] 進(jìn)一步的，環(huán)狀的所述第二加強(qiáng)筋與所述第一加強(qiáng)筋同心設(shè)置。
[0019] 進(jìn)一步的，所述第一加強(qiáng)筋或第二加強(qiáng)筋的橫截面為"T"字形或"工"字形。
[0020] 進(jìn)一步的，所述第一球殼和第二球殼的厚度相異。
[0021] 本發(fā)明的原理和有益效果如下：
[0022] 1)、本發(fā)明中的裝置僅包括圓柱形筒體和試驗(yàn)用外壓球形容器的球殼，且球殼設(shè) 置為凸面朝向筒體內(nèi)側(cè)，則在進(jìn)行液體加壓試驗(yàn)時(shí)，液壓作用于球殼凸面，形成外壓工況條 件。因此采用本裝置無需對(duì)整個(gè)球形容器進(jìn)行試驗(yàn)，整體結(jié)構(gòu)簡單，能大幅節(jié)約材料，經(jīng)濟(jì) 效果顯著。
[0023] 2)、試驗(yàn)用所述球殼的凹面向外、凸面向內(nèi)，且所述球殼在其凸面一側(cè)與圓柱形筒 體的連接處設(shè)有圓環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋，則在進(jìn)液加壓時(shí)，第一加強(qiáng)筋能有效地消除球殼與 筒體連接部位的邊緣應(yīng)力的影響，保證了試驗(yàn)用所述球殼的所受載荷條件與實(shí)際外壓工況 相近似；同時(shí)還能避免在加壓試驗(yàn)過程中，因?yàn)楹附硬课粠缀尾贿B續(xù)處的局部應(yīng)力過大而 提前發(fā)生失效，從而不能有效測出試驗(yàn)用球殼的臨界載荷。本裝置中的結(jié)構(gòu)方式使得臨界 載荷的測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
[0024] 3)、本裝置可以在圓柱形筒體的兩端通過焊接連接兩個(gè)試驗(yàn)用外壓球形容器的球 殼作為端部，其包括但不限于幾種結(jié)構(gòu)：
[0025] a、第一球殼和第二球殼的厚度不同，二者的凸面均為表面不設(shè)第二加強(qiáng)筋的光滑 球殼；
[0026] b、第一球殼和第二球殼的厚度相同，第一球殼的凸面不設(shè)第二加強(qiáng)筋，第二球殼 的凸面設(shè)有第二加強(qiáng)筋；
[0027] c、第一球殼和第二球殼的厚度不同，第一球殼的凸面不設(shè)第二加強(qiáng)筋，第二球殼 的凸面設(shè)有第二加強(qiáng)筋；
[0028] d、第一球殼和第二球殼的厚度相同，第一球殼的凸面設(shè)有環(huán)狀第二加強(qiáng)筋，第二 球殼的凸面設(shè)有條狀第二加強(qiáng)筋；
[0029] e、第一球殼和第二球殼的厚度不同，第一球殼的凸面設(shè)有環(huán)狀第二加強(qiáng)筋，第二 球殼的凸面設(shè)有條狀第二加強(qiáng)筋。
[0030] 因此，本裝置可以通過一次試驗(yàn)就分別測得兩個(gè)凸面結(jié)構(gòu)不同的試驗(yàn)用所述球殼 的臨界外壓載荷，試驗(yàn)過程簡潔、高效。
[0031] 4)、本裝置中，所述球殼與筒體之間的焊接采用全焊透結(jié)構(gòu)，這種全焊透的焊接方 式可有效保證圓柱形筒體與球殼的連接強(qiáng)度，并能夠防止試驗(yàn)時(shí)液體滲漏的現(xiàn)象發(fā)生。
[0032] 5)、本裝置中的第二加強(qiáng)筋的橫截面包括但不限于"T"字形以及"工"字形，也即 本裝置可以針對(duì)多種第二加強(qiáng)筋分別進(jìn)行進(jìn)液加壓試驗(yàn)，因此本裝置可以用于綜合比較不 同表面結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)用所述球殼的抗外壓失穩(wěn)能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 圖1為筒體一端設(shè)有球殼、另一端設(shè)有球形封頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖2為圖1的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖3為圖1中球殼凸面僅設(shè)有第一加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖4為圖1中球殼凸面設(shè)有第一加強(qiáng)筋和第二加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0037] 圖5為筒體兩端分別設(shè)有不同厚度的試驗(yàn)用所述球殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖6為圖5的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖7為圖5的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖8為圖5的C部放大圖。
[0041] 圖9為筒體兩端分別設(shè)有不同厚度的試驗(yàn)用所述球殼，其中一個(gè)球殼上僅設(shè)有第 一加強(qiáng)筋，另一個(gè)球殼上設(shè)有第一加強(qiáng)筋和第二加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0042] 圖10為圖9的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043] 圖11為圖9的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖12為筒體兩端分別設(shè)有不同厚度的試驗(yàn)用所述球殼，兩個(gè)球殼上均設(shè)有第一 加強(qiáng)筋和第二加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045] 圖13為圖12的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046] 圖14為圖12的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047] 圖15為堵頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0048] 圖16為兩端均設(shè)有球殼的筒體在一端球殼失穩(wěn)后加設(shè)球形堵頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049] 圖中的附圖標(biāo)記的含義如下：
[0050] 10-筒體11 一排液口 12-進(jìn)液口 13-封頭
[0051] 20一球殼測試區(qū)域21-第一球殼22-第二球殼
[0052] 30-第一加強(qiáng)筋30A-第一加強(qiáng)筋I(lǐng) 30B-第一加強(qiáng)筋I(lǐng)I
[0053] 40一第二加強(qiáng)筋41 一環(huán)狀第二加強(qiáng)筋42-條狀第二加強(qiáng)筋
[0054] 50-堵頭

【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0056] 實(shí)施例1
[0057] 參見圖1，本實(shí)施例中的裝置結(jié)構(gòu)為：筒體10的一端設(shè)有第一球殼21，另一端設(shè)有 球形封頭13,第一球殼21的凸面上設(shè)有環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋30,如圖3所示，第一加強(qiáng)筋30 所包圍的區(qū)域即為球殼測試區(qū)域20。
[0058] 球殼測試區(qū)域20可以設(shè)置為如圖3所示的光滑的球面狀。
[0059] 球殼測試區(qū)域20中也可以設(shè)置有條狀的第二加強(qiáng)筋40,如圖4所示，所述條狀的 第二加強(qiáng)筋40設(shè)置有3條。
[0060] 實(shí)施例2
[0061] 如圖5?7所示，本實(shí)施例中的裝置結(jié)構(gòu)為：筒體10的一端設(shè)有第一球殼21，另 一端設(shè)有第二球殼22 ;第一球殼21和第二球殼22的厚度不同；第一球殼21的凸面上設(shè)有 環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋I(lǐng) 30A，第二球殼22的凸面上設(shè)有環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋I(lǐng)I 30B。
[0062] 如圖8所示，第一球殼21與筒體10之間采用全焊透結(jié)構(gòu)。
[0063] 實(shí)施例3
[0064] 如圖9?11所示，本實(shí)施例中的裝置結(jié)構(gòu)為：筒體10的一端設(shè)有第一球殼21，另 一端設(shè)有第二球殼22 ;第一球殼21和第二球殼22的厚度不同；第一球殼21的凸面上設(shè)有 環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋I(lǐng) 30A，第二球殼22的凸面上設(shè)有環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋I(lǐng)I 30B，且第一加強(qiáng) 筋I(lǐng)I 30B圍成的球殼測試區(qū)域20中設(shè)有3道條狀分布的第二加強(qiáng)筋40。
[0065] 實(shí)施例4
[0066] 如圖12?14所示，本實(shí)施例中的裝置結(jié)構(gòu)為：筒體10的一端設(shè)有第一球殼21， 另一端設(shè)有第二球殼22 ;第一球殼21和第二球殼22的厚度不同；第一球殼21的凸面上設(shè) 有環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋I(lǐng) 30A，第二球殼22的凸面上設(shè)有環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋I(lǐng)I 30B ;第一加強(qiáng) 筋I(lǐng) 30A圍成的球殼測試區(qū)域20中設(shè)有2個(gè)同心的環(huán)狀第二加強(qiáng)筋41，第一加強(qiáng)筋I(lǐng)I 30B 圍成的球殼測試區(qū)域20中設(shè)有3道條狀第二加強(qiáng)筋42。
[0067] 在實(shí)施例2?4中，在本裝置進(jìn)行進(jìn)液加壓試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)?shù)谝磺驓?1和第二球殼22 中的一個(gè)先到達(dá)失穩(wěn)后，可以使用球形堵頭50封焊在筒體10的失穩(wěn)球殼的一端以使得加 壓試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行，球形堵頭50如圖15所示。
[0068] 如圖16所示，隨著進(jìn)液壓力的提升，假定第一球殼21先失穩(wěn)，此時(shí)立刻暫停試驗(yàn)， 則此時(shí)筒體10內(nèi)的液體壓力即為第一球殼21的臨界失穩(wěn)外壓。然后，在圓柱形筒體10的 失穩(wěn)端采用全焊透結(jié)構(gòu)焊接上配套堵頭32,并使堵頭32的凸面朝向第一球殼21的凹面一 偵牝用以抵住并固定已經(jīng)發(fā)生失效的第一球殼21，使其可繼續(xù)承壓；再繼續(xù)加壓試驗(yàn)，直至 圓柱形筒體10另一端的第二球殼22也發(fā)生失穩(wěn)，則此時(shí)圓筒內(nèi)的液體壓力即為另一端第 二球殼22所對(duì)應(yīng)的臨界外壓載荷。
【權(quán)利要求】
1. 一種驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：本裝置包括圓柱形的筒體 (10)，筒體（10)上分別設(shè)置有進(jìn)液口（12)和排液口（11);所述筒體（10)的兩端設(shè)置為以 下兩種方式： 筒體（10)的一端通過焊接連接試驗(yàn)用外壓球形容器的球殼作為端部，所述球殼的凹 面設(shè)置為朝向筒體（10)外側(cè)，筒體（10)的另一端焊接連接一個(gè)凸面向外的球形封頭（13)， 所述筒體（10)、球殼以及球形封頭（13)共同圍成一個(gè)封閉的內(nèi)腔； 或者，筒體（10)的兩端均通過焊接連接試驗(yàn)用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個(gè)球 殼分別為第一球殼（21)和第二球殼（22)，第一球殼（21)和第二球殼（22)的凹面均設(shè)置為 朝向筒體（10)外側(cè)，所述筒體（10)、第一球殼（21)以及第二球殼（22)共同圍成一個(gè)封閉 的內(nèi)腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：所述球殼 與筒體（10)之間采用全焊透結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：所述球殼 的凸面一側(cè)在靠近所述筒體（10)的連接處設(shè)有第一加強(qiáng)筋（30)，所述第一加強(qiáng)筋（30)呈 圓環(huán)狀，且圓環(huán)狀的第一加強(qiáng)筋（30)與所述球殼同心設(shè)置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：本裝置還 包括一個(gè)凸面朝向筒體內(nèi)側(cè)的球形堵頭（50)，所述堵頭（50)用于筒體（10)兩端均焊接有 球殼的加壓試驗(yàn)中，當(dāng)兩個(gè)球殼中的一個(gè)先到達(dá)失穩(wěn)后，所述堵頭（50)封焊在筒體（10)的 失穩(wěn)球殼的一端以使得加壓試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：圓環(huán)狀的 第一加強(qiáng)筋（30)所包圍的區(qū)域即為球殼測試區(qū)域；所述球殼測試區(qū)域中設(shè)有環(huán)狀或條狀 的第二加強(qiáng)筋（40)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：圓環(huán)狀的 第一加強(qiáng)筋（30)所包圍的區(qū)域即為球殼測試區(qū)域；所述第一球殼（21)的球殼測試區(qū)域?yàn)?光面狀，第二球殼（22)的球殼測試區(qū)域中設(shè)有環(huán)狀或條狀的第二加強(qiáng)筋（40)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于：環(huán)狀 的所述第二加強(qiáng)筋（40)與所述第一加強(qiáng)筋（30)同心設(shè)置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3或5或6所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于： 所述第一加強(qiáng)筋（30)或第二加強(qiáng)筋（40)的橫截面為"T"字形或"工"字形。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?6任一項(xiàng)所述的驗(yàn)證外壓球形容器臨界載荷的裝置，其特征在于： 所述第一球殼（21)和第二球殼（22)的厚度相異。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK104215514SQ201410401261
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】陳永東, 江慧豐, 李永泰, 吳曉紅, 郭春光, 周兵, 劉孝根 申請(qǐng)人:合肥通用機(jī)械研究院