本发明涉及压力测试技术领域，具体涉及一种用于外压失稳实验的装置。
背景技术：
在工业生产中，尤其是当下非常热门的海洋工程(如海底资源勘查，海洋油气开采等)中，压力容器很多是在外压状态下工作的，如真空容器和海洋开发用的潜水器外壳等。对于外压圆筒来说，工作在外压条件下的容器其稳定性是人们研究的重点对象，一旦涉及出现问题，往往容易发生外压失稳(外压失稳是在外压作用下的薄壁容器器壁内的应力还未达到材料的屈服极限时，容器会突然产生现象而丧失容器原有形状)，但目前的外压失稳设计往往还是只是靠经验公式，而没有一种稳定的验证方式，给生产带来许多不便，而一旦计算错误，导致容器发生外压失稳，则会造成严重的后果。
针对上述问题，目前市面上也出现了一些实验设备，但目前这些实验设备，在实验过程中充满许多不确定因素，进口压力过高、发生失稳时的声响不明显等都会给实验安全性带来影响，威胁着人员安全和仪器设备的正常使用。如申请号为201110443772.9的中国专利提供了一种外压容器失稳试验装置，但它在压力控制方面只有手动控制，也没有考虑到万一压力过大导致待测件出现撕裂使泄露油体污染实验台架，严重威胁着实验安全；此外在筒体、待测件、顶杆装配上使用法兰、螺栓连接，结构复杂，拆装麻烦。同时，现有技术所提供的方案，基本都是采用单一的顶杆顶住外压容易，无法适应不同长度尺寸的外压容器，并且在外压失稳的模拟中，由于内压也不一定为常压，目前的实验装置均无法适应不同内压的实验。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供了一种新型外压失稳实验装置，在有效验证工作在外压环境下的容器失稳情况时，也能尽最大可能保证实验安全，同时满足对不同内压以及不同尺寸的外压容器的模拟实验。
本发明的技术方案是：
一种新型外压失稳试验装置，包括台架、筒体、管线、气泵、油箱、气液增压泵、计算机；所述台架分为上下两层，在台架上层设有一个圆形开口，用于安装筒体，在台架下层上分别安装有气泵和油箱，所述气泵通过管线连接到气液增压泵，气液增压泵在出口端分为两条管线，并分别连接到筒体和油箱，所述油箱在其出口端也设有连接到筒体的管线，在筒体侧面设有压力传感器和压力表一；
所述筒体为上小下大的两段圆柱筒结构，其上端为开口端，在筒体的两段圆柱筒的变形处向外设有一段外环，并在外环上设有多个通孔，在与通孔对应的台架上层设有通孔，通过螺栓连接台架与外环的通孔，以使筒体固定在台架上，在筒体的开口端向外设有一段外螺纹，在筒体的外螺纹上连接有锁紧盖，所述锁紧盖为带内螺纹的圆形盖状结构，其内边在内螺纹上方设有一圈台阶，在锁紧盖与筒体连接后，在锁紧盖的台阶下方设置有环状的压盖，压盖卡在锁紧盖和筒体上端，在压盖和锁紧盖之间设有待测件，所述待测件为上部开口的薄壁圆柱筒，其上部开口向外设有外边，并通过外边卡在压盖和锁紧盖之间。
进一步的，气泵到气液增压泵之间的管线设有一段并联管线，并联管线中的一段管线为进口阀和调压阀，并在此管线上设有压力表二，另一段管线为电控进口阀和电磁阀，在气液增压泵到筒体之间设有溢流阀，在油箱到筒体之间的管线上设有泄压阀；
所述计算机放置于台架上层，并通过数据线分别与电磁阀、电控进口阀、溢流阀、泄压阀、压力传感器连接。
进一步的，压盖与筒体之间设置有一起密封作用的垫圈，待测件与压盖之间设置有o型密封圈。
进一步的，在压盖和锁紧盖之间设有圆形固定盖，锁紧盖和圆形固定盖的中部都设有通孔，所述圆形固定盖中部焊接有顶杆，顶杆为中空管，其下端底部设有圆板，圆板抵紧待测件的底部，其下部侧面设有网孔，其上部连接有出口阀，出口阀上部设有软管，软管与外界直接联通。
更进一步的，所述顶杆有多种长度类型，根据待测件的高度进行选择。
本发明还提供基于上述装置的实验方法，步骤如下：
采用可多种长度的顶杆的时候，根据待测件的高度，选择尺寸合适的顶杆与圆形固定盖，并将圆形固定盖、待测件、压盖分别放置在筒体上，然后连接好压盖，让顶杆抵紧待测件，然后，打开顶杆上的出口阀，使之处于常开状态，确保实验安全；检查无误，设备通信正常后，进行试验操作；
手动控制时，首先打开进口阀和溢流阀，通过手动控制调节气源调压阀，选择气源的最大压力值；启动空气压缩机，筒体内压力增大，当待测件发生失稳时，筒体内压力降低，计算机自动记录失稳压力，此时关闭进口阀、溢流阀并打开泄压阀；
自动控制时，关闭调压阀和进口阀，打开电磁阀门和电控进口阀，并在计算机上预先设定电磁阀门的最大气源压力值；发生失稳时，计算机会记录筒体内的失稳压力值，当压力出现下行波段时，在计算机控制下关闭溢流阀、电控进口阀并打开泄压阀；同时，两种方式下，在计算机上预先设定筒体内的最大安全压力值，当超过最大安全压力值时，自动结束实验，即计算机控制关闭溢流阀，打开泄压阀，确保实验安全。
进一步的，在压盖和锁紧盖之间设有圆形固定盖，锁紧盖和圆形固定盖的中部都设有通孔，所述的圆形固定盖的通孔上设有内螺纹，并通过内螺纹连接有顶杆，所述顶杆中部有一段螺纹段与圆形固定盖连接，顶杆为中空管，其下端底部设有圆板，其下部侧面设有网孔，其上部连接有快拆接头，快拆接头上连接有出口阀。
进一步的，出口阀上方设有软管，软管末端连接有空气压缩机，空气压缩机固定在台架下层上方。
进一步的，所述锁紧盖和圆形固定盖上都设有贯穿孔，两个贯穿孔对齐，在贯穿孔内设有可调式单向阀，可调式单向阀的方向为从下到上流通。可调式单向阀的型号为dacv-4p可调式单向阀，开启压力范围3-600psig(根据需要进行调节，确保其开启压力在试验中大于给待测件提供的内压)。其开启值在实验开始前进行设定。
本发明还提供基于上述装置的实验方法，步骤如下：
采用带有外螺纹段的顶杆的时候，根据待测件的高度，将圆形固定盖、待测件、压盖分别放置在筒体上，然后将顶杆旋入圆形固定盖中，并调整其到合适的位置，为确保密封性，在顶杆的螺纹上缠绕生胶带，然后连接好压盖，让顶杆抵紧待测件，同时连接固定好软管与空气压缩机，并且调整好可调式单向阀设定的压力值，然后，根据需要，对待测件内提供所需的内压，打开顶杆上的出口阀，加注内压后关闭出口阀并关停空气压缩机，使之处于保压状态，确保实验安全；检查无误，设备通信正常后，进行试验操作；
手动控制时，首先打开进口阀和溢流阀，通过手动控制调节气源调压阀，选择气源的最大压力值；启动空气压缩机，筒体内压力增大，当待测件发生失稳时，筒体内压力降低，计算机自动记录失稳压力，此时关闭进口阀、溢流阀并打开泄压阀；
自动控制时，关闭调压阀和进口阀，打开电磁阀门和电控进口阀，并在计算机上预先设定电磁阀门的最大气源压力值；发生失稳时，计算机会记录筒体内的失稳压力值，当压力出现下行波段时，在计算机控制下关闭溢流阀、电控进口阀并打开泄压阀；同时，两种方式下，在计算机上预先设定筒体内的最大安全压力值，当超过最大安全压力值时，自动结束实验，即计算机控制关闭溢流阀，打开泄压阀，确保实验安全。
本发明的有益效果是：
1.本设计将计算机与压力传感器、电控进口阀、电磁阀门、溢流阀、泄压阀相连，在压力传递过程中采用手动控制与自动控制相结合的方式，提高了实验的安全性；
2.在顶杆的设计上，一端设置了网孔，另一端安装有出口阀并在实验时保持出口阀常开，或者通过可调式单向阀实现在压力下与外界联通，不仅能防止待测件发生竖直方向上的变形，同时也能避免因压力过大导致待测件发生撕裂从而导致泄露的油体污染实验台架，也可以及时排除待测件内的空气避免因外部压力上升导致空气压强急速增大这一危险情况的发生；
3.本装置可自动操作也可手动操作，自动控制可以研究在同一个增压速度、同一个流速下待测件的失稳效果，手动操作可以研究在不同的增压速度下待测件的失稳效果，将二者进行对比和分析，丰富了实验内容，增加了实验研究的多个途径；
4.采用两种方案，一种可以采用更换不同长度的顶杆的方式，实现对不同长度的待测件进行抵紧固定，另一种采用旋转螺纹的方式，让同一个顶杆能够抵紧不同长度的待测件；
5.采用空气压缩机辅助提供内压的方式，能够实现对薄壁容器不同程度内压下外压失稳的模拟，更真实的模拟不同环境下的压力容器，使其能完成更多类型的实验。
附图说明
图1是实施例一的结构示意图；
图2是图1中筒体区域的结构示意图；
图3是图2中顶杆的三维结构示意图；
图4为实施例二的结构示意图；
图5是图4中筒体区域的结构示意图；
图6是图5中顶杆的三维结构示意图。
图中所示：
1-台架，2-筒体，3-待测件，4-顶杆，5-压盖，6-锁紧盖，7-压力表一，8-压力传感器，9-计算机，10-压力表二，11-调压阀，12-电磁阀门，13-进口阀，14-电控进口阀，15-气泵，16-气液增压泵，17-油箱，18-溢流阀，19-泄压阀，20-垫圈，21-o型密封圈，22-出口阀，23-圆形固定盖，24-网孔，25-空气压缩机、26-软管，27-外螺纹段，28-可调式单向阀、29-快速接头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例一：
如图1到3所示，一种新型外压失稳试验装置，包括台架1、筒体2、管线、气泵15、油箱17、气液增压泵16、计算机9；所述台架1分为上下两层，在台架1上层设有一个圆形开口，用于安装筒体2，在台架1下层上分别安装有气泵15和油箱17，所述气泵15通过管线连接到气液增压泵16，气液增压泵16在出口端分为两条管线，并分别连接到筒体2和油箱17，所述油箱17在其出口端也设有连接到筒体2的管线，在筒体2侧面设有压力传感器8和压力表一7；
所述筒体2为上小下大的两段圆柱筒结构(如图1所示)，其上端为开口端，在筒体2的两段圆柱筒的变形处向外设有一段外环，并在外环上设有多个通孔，在与通孔对应的台架1上层设有通孔，通过螺栓连接台架1与外环的通孔，以使筒体2固定在台架1上，在筒体2的开口端向外设有一段外螺纹，在筒体2的外螺纹上连接有锁紧盖6，所述锁紧盖6为带内螺纹的圆形盖状结构，其内边在内螺纹上方设有一圈台阶，在锁紧盖6与筒体2连接后，在锁紧盖6的台阶下方设置有环状的压盖5，压盖5卡在锁紧盖6和筒体2上端，在压盖5和锁紧盖6之间设有待测件3，所述待测件3为上部开口的薄壁圆柱筒，其上部开口向外设有外边，并通过外边卡在压盖5和锁紧盖6之间；气泵15到气液增压泵16之间的管线设有一段并联管线，并联管线的一段为进口阀13和调压阀11，并在此管线上设有压力表二10，另一段为电控进口阀14和电磁阀，在气液增压泵16到筒体2之间设有溢流阀18，在油箱17到筒体2之间的管线上设有泄压阀19；所述计算机9放置于台架1上层，并通过数据线分别与电磁阀门12、电控进口阀14、溢流阀18、泄压阀19、压力传感器8连接；压盖5与筒体2之间设置有一起密封作用的垫圈20，待测件3与压盖5之间设置有o型密封圈21；在压盖5和锁紧盖6之间设有圆形固定盖23，锁紧盖6和圆形固定盖23的中部都设有通孔，所述圆形固定盖23中部焊接有顶杆4，
顶杆4为一中空管道，顶部安装有出口阀22，出口阀22上部设有软管，软管与外界直接联通，顶杆4底部设置有网孔24；顶杆4底端与待测件3接触，中间焊接有圆板，圆板到杆底的距离等于待测件3的高度，并在锁紧盖6的作用下抵住待测件3，避免待测件3在外压作用下出现轴向变形；实验时使出口阀22处于常开状态，保证待测件3失稳后内部的气体能及时排除，避免因外部压力上升导致待测件3内空气压强急速增大；此外当外部压力过大导致待测件3出现撕裂的现象时，漏出的油能及时通过顶杆4下面的网孔24，经出口阀22排出，确保实验的安全。所述顶杆4有多种长度类型，根据待测件3的高度进行选择。
本发明还提供基于上述装置的实验方法，步骤如下：
本实验装置以气泵15为压力源，压力控制方面采用手动控制与自动控制相结合的方式，气泵15产生的气体通过管道，经调压阀11(手动)或电磁阀门12(自动)调整到一个实验需要的压力值，到达气液增压泵16，油箱17里的油在气液增压泵16的负压影响进入到气液增压泵16并在其中进行增压，增压过后的油经过溢流阀18进入筒体2；
采用可多种长度的顶杆4的时候，根据待测件3的高度，选择尺寸合适的顶杆4与圆形固定盖23，并将圆形固定盖23、待测件3、压盖5分别放置在筒体2上，然后连接好压盖5，让顶杆4抵紧待测件3，然后，打开顶杆4上的出口阀22，使之处于常开状态，确保实验安全；检查无误，设备通信正常后，进行试验操作；
手动控制时，首先打开进口阀13和溢流阀18，通过手动控制调节气源调压阀11，选择气源的最大压力值；启动空气压缩机25，筒体2内压力增大，当待测件3发生失稳时，筒体2内压力降低，计算机9自动记录失稳压力，此时关闭进口阀13、溢流阀18并打开泄压阀19；
自动控制时，关闭调压阀11和进口阀13，打开电磁阀门12和电控进口阀14，并在计算机9上预先设定电磁阀门12的最大气源压力值；发生失稳时，计算机9会记录筒体2内的失稳压力值，当压力出现下行波段时，在计算机9控制下关闭溢流阀18、电控进口阀14并打开泄压阀19；同时，两种方式下，在计算机9上预先设定筒体2内的最大安全压力值，当超过最大安全压力值时，自动结束实验，即计算机9控制关闭溢流阀18，打开泄压阀19，确保实验安全。
采用上述结构，能够采用多套顶杆4，实现不同长度的实验，且无需考虑顶杆4的密封性和自锁性的问题，适用于对内压为常压的薄壁压力容器外压失稳实验。
实施例二：
如图4到6所示，一种新型外压失稳试验装置，包括台架1、筒体2、管线、气泵15、油箱17、气液增压泵16、计算机9；所述台架1分为上下两层，在台架1上层设有一个圆形开口，用于安装筒体2，在台架1下层上分别安装有气泵15和油箱17，所述气泵15通过管线连接到气液增压泵16，气液增压泵16在出口端分为两条管线，并分别连接到筒体2和油箱17，所述油箱17在其出口端也设有连接到筒体2的管线，在筒体2侧面设有压力传感器8和压力表一7；所述筒体2为上小下大的两段圆柱筒结构，其上端为开口端，在筒体2的两段圆柱筒的变形处向外设有一段外环，并在外环上设有多个通孔，在与通孔对应的台架1上层设有通孔，通过螺栓连接台架1与外环的通孔，以使筒体2固定在台架1上，在筒体2的开口端向外设有一段外螺纹，在筒体2的外螺纹上连接有锁紧盖6，所述锁紧盖6为带内螺纹的圆形盖状结构，其内边在内螺纹上方设有一圈台阶，在锁紧盖6与筒体2连接后，在锁紧盖6的台阶下方设置有环状的压盖5，压盖5卡在锁紧盖6和筒体2上端，在压盖5和锁紧盖6之间设有待测件3，所述待测件3为上部开口的薄壁圆柱筒，其上部开口向外设有外边，并通过外边卡在压盖5和锁紧盖6之间；气泵15到气液增压泵16之间的管线设有一段并联管线，并联管线的一段为进口阀13和调压阀11，并在此管线上设有压力表二10，另一段为电控进口阀14和电磁阀，在气液增压泵16到筒体2之间设有溢流阀18，在油箱17到筒体2之间的管线上设有泄压阀19；所述计算机9放置于台架1上层，并通过数据线分别与电磁阀、电控进口阀14、溢流阀18、泄压阀19、压力传感器8连接；压盖5与筒体2之间设置有一起密封作用的垫圈20，待测件3与压盖5之间设置有o型密封圈21；在压盖5和锁紧盖6之间设有圆形固定盖23，锁紧盖6和圆形固定盖23的中部都设有通孔，所述的圆形固定盖23的通孔上设有内螺纹并通过内螺纹连接有顶杆4，所述顶杆4中部有一段外螺纹段27，并通过外螺纹段27与圆形固定盖23连接，顶杆4为中空管，其下端底部设有圆板，其下部侧面设有网孔24，其上部连接有快速接头29，快速接头29上方设有出口阀22，出口阀22上端设有软管，上端连接有空气压缩机25，空气压缩机25设置于台架1的下层上方(如此设置，可以在拆卸锁紧盖6和安装锁紧盖6的时候，只需要通过快速接头29将出口阀22分离，此时整个顶杆上方均为光杆，便于拆卸锁紧盖6)；所述锁紧盖6和圆形固定盖23上都设有贯穿孔，并且在贯穿孔内设有可调式单向阀28，可调式单向阀28的方向为从下到上。可调式单向阀的型号为dacv-4p可调式单向阀28，开启压力范围3-600psig。其开启值在实验开始前进行设定。
本发明还提供基于上述装置的实验方法，步骤如下：
本实验装置以气泵15为压力源，压力控制方面采用手动控制与自动控制相结合的方式，气泵1515产生的气体通过管道，经调压阀11(手动)或电磁阀门12(自动)调整到一个实验需要的压力值，到达气液增压泵16，油箱17里的油在气液增压泵16的负压影响进入到气液增压泵16并在其中进行增压，增压过后的油经过溢流阀18进入筒体2；
采用带有外螺纹段27的顶杆4的时候，将圆形固定盖23、待测件3、压盖5分别放置在筒体2上，然后将顶杆4旋入圆形固定盖23中，并调整其到合适的位置，为确保密封性，在顶杆4的螺纹上缠绕生胶带，然后连接好压盖5，让顶杆4抵紧待测件3，同时连接固定好软管与空气压缩机25，并且调整好可调式单向阀28设定的压力值(确保其大于所提供内压)，然后根据需要，对待测件3内提供所需的内压，再关闭顶杆4上的出口阀22，使之处于保压状态，确保实验安全；检查无误，设备通信正常后，进行试验操作；
手动控制时，首先打开进口阀13和溢流阀18，通过手动控制调节气源调压阀11，选择气源的最大压力值；启动空气压缩机25，筒体2内压力增大，当待测件3发生失稳时，筒体2内压力降低，计算机9自动记录失稳压力，此时关闭进口阀13、溢流阀18并打开泄压阀19；
自动控制时，关闭调压阀11和进口阀13，打开电磁阀门12和电控进口阀14，并在计算机9上预先设定电磁阀门12的最大气源压力值；发生失稳时，计算机9会记录筒体2内的失稳压力值，当压力出现下行波段时，在计算机9控制下关闭溢流阀18、电控进口阀14并打开泄压阀19；同时，两种方式下，在计算机9上预先设定筒体2内的最大安全压力值，当超过最大安全压力值时，自动结束实验，即计算机9控制关闭溢流阀18，打开泄压阀19，确保实验安全；当外压失稳的时候，由于待测件3压缩，内压升高，当超过可调式单向阀28的设定值后，即通过可调式单向阀28泄压。
采用上述结构，能够采用一套顶杆4，即可实现不同长度和内压的实验，适用于对内压非常压的薄壁压力容器外压失稳实验。
本实验装置结构简单，密封性好，易于操作，便于拆装与维护，而顶杆4的设计、计算机9的控制使实验的安全性大幅上升，同时采用固定和螺旋式的两种顶杆4，能够在不同情况下分别进行实验，各有优势，因此本实验装置可很好的满足外压失稳教学实验。
前文所述压力表一7和压力表二10，均为数显压力表。所采用的电磁阀门12、电控进口阀14、溢流阀18、泄压阀19、压力传感器8、气泵15、气液增压泵16、空气压缩机25均为市面上可购得的常规零部件，其连接方式也都按照现有技术进行。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。