过程设备设计期末考卷及答案.docx

机电工程学院试卷
考试科目：《过程设备设计Ⅰ》（样卷）
题号
一
二
三
四
五
六
总分
得分

一、填空题（共18分）
1、（2分）《容规》适用的设计压力范围是（ ）。
2、（4分）不连续应力具有两个重要的特征，即（ ）和（ ），在结构上可采取（ ）、（ ）等方法限制其应力水平。
3、（4分）分析轴对称载荷下回转壳体的应力可采用（ ）理论和（ ）理论，在忽略弯曲内力的条件下，壳体中的应力称为（ ）应力，该应力沿壁厚方向（ ）分布。
4、（3分）脆性断裂又称为（ ），容器脆性断裂的外观特征是（ ）断口方向及（ ）垂直。
5、（2分）焊接接头的检验方法包括（ ）和（ ）两类。
6、（3分）压力容器应力腐蚀开裂具有的基本特征是（ ）、（ ）和（ ）。
二、单项或多项选择题（每小题2.5分，共15分）
1、下列关于压力容器的分类错误的是（ ）
（A）内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。
（B）低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。
（C）真空容器属低压容器。
（D）高压容器都是第三类压力容器。
2、下列关于热应力的说法正确的是（ ）
（A）热应力随约束程度的增大而减小
（B）热应力及零外载相平衡，不是一次应力
（C）热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低
（D）热应力在构件内是不变的
3、按密封原理，金属平垫密封、双锥密封分别属于（ ）
（A）自紧、强制
（B）强制、自紧
（C）半自紧、自紧
（D）强制、半自紧
4、下列关于椭圆形封头说法中不正确的有（ ）
（A）封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀
（B）封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型
（C）椭圆形封头常用在高压容器上
（D）直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。
5、下列关于二次应力说法中错误的有( )
（A）二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。
（B）二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。
（C）二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。
（D）二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加到一次应力之上的应力增量。
6、对于Do /δe＜10的外压圆筒，由几何参数计算图可知A=εcr＞1%，此时应同时考虑圆筒的（ ）
（A）强度和稳定性
（B）强度和刚度
（C）稳定性和刚度
（D）强度、塑性、稳定性和蠕变
三、判断对错（正确的打√，错误的打×并说明理由）（每小题2分，共10分）
1、钢材化学成分对其性能有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。
2、盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。
3、承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。
4、筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。
5、检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。
四、简答题（每小题5分，共25分）
1、压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管补强结构主要有哪几种形式？
2、简述爆破片的作用，并及安全阀相对比，简述其特点
3、外压圆筒采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。这种说法是否正确？为什么？
4、预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？
5、什么是焊接应力？减少焊接应力有什么措施？
五、计算题（共32分）
1、有一置于水下的带半球形封头容器，半径为R，厚度为δ。封头顶部离水面深度为h，水的密度为ρ（kg/m3），试求半球形封头上任意一点A的应力表达式（不考虑及筒体连接处结构不连续的影响）。（16分）
2、某圆柱形容器的设计压力为，设计温度为℃，内直径为，介质具有轻微的腐蚀性;腐蚀余量取C2=2mm，焊缝系数取Φ=0.85。试回答以下问题：
1、分析并选择该容器合适的材料。（3分）
2、若在设计温度下材料的许用应力为，则筒体的计算厚度和设计厚度分别为多少？（8分）
3、对筒体的焊缝型式有什么要求？若介质为液体，则该容器是否可按GB150设计？（5分）
过程设备设计Ⅰ》试卷评分标准及参考答案
一、填空题（共18分）
1、（2分）0.1Mpa≤P≤35Mpa
2、（4分）局部性；自限性；圆弧过渡；减少两构件的刚度差；
3、（4分）无力矩；有力矩；薄膜；均匀；
5、（3分）低应力脆断；断裂时容器无明显塑性变形；最大主应力方向；
5、（2分）破坏性检验；非破坏性检验；
6、（3分）拉伸应力；特定合金和介质的组合；延迟脆性断裂；
二、单项或多项选择题
（每小题2.5分，共15分，选择完全正确才能得分）
1、AC
2、BC
3、D
4、C
5、ABD
6、A
三、判断对错（正确的打√，错误的打×并说明理由）
（每小题2分，共10分）
1、错误
提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹。
2、正确
3、错误
周边简支发生在中心处。
4、错误
也可以用锻造筒节、绕带筒体等。
5、错误
在一定条件下，可以不开检查孔。
四、简答题（每小题5分，共25分）
1、压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管补强结构主要有哪几种形式？
答：（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。
（2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。
2、简述爆破片的作用，并及安全阀相对比，简述其特点
答：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它个爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容器也就被迫停止运行。及安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。
3、外压圆筒采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。这种说法是否合理？为什么？
答：设置加强圈将增加制造成本；而且，当很小时，短圆筒可能变为刚性圆筒，此时圆筒的失效形式已不是失稳而是压缩强度破坏，此时再设置额外的加强圈已无济于事。因此，加强圈的数量并不是越多越好，应当设计合理的间距。
4、预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？
答：通过压缩预应力，使内层材料受到压缩而外层材料受到拉伸。当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成，内壁处的总应力有所下降，外壁处的总压力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布，从而提高圆筒的初始屈服压力。
5、什么是焊接应力？减少焊接应力有什么措施？
答：焊接应力是指焊接过程中由于局部加热导致焊接件产生较大的温度梯度，因而在焊件内产生的应力。为减少焊接应力和变形，应从设计和焊接工艺两个方面采取措施，如尽量减少焊接接头的数量，相等焊缝间应保持足够的间距，尽可能避免交叉，焊缝不要布置在高应力区，避免出现十字焊缝，焊前预热等等）
五、计算题（共32分）
1、解：在封头上作一及轴线垂直的截面，取截面上部作为分离体。则作用在分离体上的内力轴向分量V
（3分）
压力作用在分离体上的合力轴向分量V’
（2分）
将代入可得
（3分）
由可得
（3分）
封头承受外压作用，故拉普拉斯方成应为
（2分）
其中，将代入可求得
（3分）
2、解：（1）该容器一般可选用16MnR，20R等，因为16MnR，20R的强度、塑性、韧性等较高，综合机械性能较好。 （3分）
（2）筒体计算厚度
（4分）
设计厚度 （4分）
3、筒体采用双面焊对接接头（3分）
该容器可按GB150设计 （2分）
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