一種驗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封閉的內(nèi)腔；或者，筒體的兩端均通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個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封閉的內(nèi)腔。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實用、測量準(zhǔn)確等特點，可以用于驗證外壓球形容器的臨界載荷，為外壓球形容器的設(shè)計提供參考。
【專利說明】一種驗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和空氣動力學(xué) 試驗，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 驗精度高、連貫性好、占地面積小、節(jié)省材料等優(yōu)點，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。對于表面帶第二加強(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，仍需通過實物試驗進(jìn)行驗證。
[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)實驗系統(tǒng)裝置及 實驗方法"，裝置的儲液罐與安全閥連接，安全閥與壓縮機(jī)、加壓閥連接，儲液罐與泄壓閥、 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。實驗步驟： 關(guān)閉泄壓閥及打開加壓閥，向儲液罐加入液體，打開排氣口，關(guān)閉排液管，電動機(jī)帶動壓縮 機(jī)工作，液體由儲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，降低增壓速度，當(dāng)壓力突然下降時即為管材失穩(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)試驗裝置"，它包括：筒 體、試驗架、法蘭、法蘭蓋、壓蓋、排氣閥、安全閥、數(shù)字顯示壓力表、計算機(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，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)試驗數(shù)據(jù)。
[0006] 上述已申請公開的發(fā)明專利均針對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。若對球形容器整體進(jìn)行外壓試驗，則人力、材料耗費巨 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)實用、測量 準(zhǔn)確的驗證外壓球形容器臨界載荷的裝置。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0009] -種驗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封閉的內(nèi)腔；
[0011] 或者，筒體的兩端均通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個球 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封閉的內(nèi)腔。
[0012] 同時，本發(fā)明還可以通過以下技術(shù)措施得以進(jìn)一步實現(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中，當(dāng)兩個球殼中的一個先到達(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)域為光面狀，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)行液體加壓試驗時，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整個球形容器進(jìn)行試驗，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，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，保證了試驗用所述球殼的所受載荷條件與實際外壓工況 相近似；同時還能避免在加壓試驗過程中，因為焊接部位幾何不連續(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試驗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就分別測得兩個凸面結(jié)構(gòu)不同的試驗用所述球殼 的臨界外壓載荷，試驗過程簡潔、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，并能夠防止試驗時液體滲漏的現(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 本裝置可以針對多種第二加強(qiáng)筋分別進(jìn)行進(jìn)液加壓試驗，因此本裝置可以用于綜合比較不 同表面結(jié)構(gòu)的試驗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)有不同厚度的試驗用所述球殼，其中一個球殼上僅設(shè)有第 一加強(qiáng)筋，另一個球殼上設(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)有不同厚度的試驗用所述球殼，兩個球殼上均設(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

【具體實施方式】
[0055] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0056] 實施例1
[0057] 參見圖1，本實施例中的裝置結(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] 實施例2
[0061] 如圖5?7所示，本實施例中的裝置結(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] 實施例3
[0064] 如圖9?11所示，本實施例中的裝置結(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] 實施例4
[0066] 如圖12?14所示，本實施例中的裝置結(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] 在實施例2?4中，在本裝置進(jìn)行進(jìn)液加壓試驗時，當(dāng)?shù)谝磺驓?1和第二球殼22 中的一個先到達(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)，此時立刻暫停試驗， 則此時筒體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，直至 圓柱形筒體10另一端的第二球殼22也發(fā)生失穩(wěn)，則此時圓筒內(nèi)的液體壓力即為另一端第 二球殼22所對應(yīng)的臨界外壓載荷。
【權(quán)利要求】
1. 一種驗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)共同圍成一個封閉的內(nèi)腔； 或者，筒體（10)的兩端均通過焊接連接試驗用外壓球形容器的球殼作為端部，兩個球 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)共同圍成一個封閉 的內(nèi)腔。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗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 球殼的加壓試驗中，當(dāng)兩個球殼中的一個先到達(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進(jìn)一步進(jìn)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的驗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)域為 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任一項所述的驗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】G01N3/12GK104215514SQ201410401261
【公開日】2014年12月17日 申請日期: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 申請人:合肥通用機(jī)械研究院