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《化工设备机械基础》练习题

一、判断题
1、在所有封头中，平板封头的承压能力最差，球形封头的承压能力最好。（ ）
2、弹性模量和泊讼比是材料重要的力学性能，二者均不随着温度的变化而变化。（ ）
3、内压薄壁圆筒的薄膜应力与壁厚成反比，当容器材质和内部介质压力一定时，厚度大的容器壁内应力总小于壁厚小的容器。（ ）
4、根据弹性失效理论，容器器壁内某一处的最大应力达到材料设计温度下的屈服极限时，容器即宣告失效。（ ）
5、安全系数是一个不断发展变化的数据，随着科学技术的发展，其值将逐渐减小。（ ）
6、从承压角度考虑，半球型封头最理想，并且用料最省，在对封头选择时应优先考虑。（ ）
7、按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力沿壁厚均匀分布。（ ）
8、金属垫圈的材料一般并不要求强度高，而是要求其软韧。（ ）
9、无缝钢管用做容器的筒身时，其公称直径指的是外径。（ ）
10、梁上如果只有集中力偶作用，则截面上的内力只有弯矩没有剪力。（ ）
11.由钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是它们的内径。（ ）
12、在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆孔的长轴与筒体轴线平行。（ ）
13、法兰密封中，法兰的强度和刚度具有同等重要的意义。（ ）
14、法兰联接中，预紧密封比压越大，则工作时可有较大的工作密封比压有利于保证密封。（ ）
15、外压长圆筒在长径比一定的情况下，设置的加强圈数量越多，其临界压力越高。（ ）
16、材料的弹性模量和泊讼比一般随着温度的变化而变化。（ ）

二、填空题
1、组成机器、设备的构件在外力作用下若能够安全可靠地进行工作，则需要满足的力学条件是： 、 和 。
2、法兰联接结构一般是由 、 、 三部分组成。在制定法兰标准尺寸系列时，是以 材料，在 ℃时的机械性能为基础的。
3、外压圆筒加工制造时，要求其椭圆度e≤ ，设计外压圆筒时现行的稳定安全系数m= ，外压圆筒中设加强圈的目的是将 圆筒转化为 圆筒，在设计计算时外压容器的焊缝系数Ф= 。
4、边缘应力又叫 ，其产生的原因是 ，它具有
和 两个性质。
5、在椭圆形封头和碟形封头上开孔时，应尽量开在封头的 部位附近，并且要求孔边与封头边缘之间的投影距离不小于封头内径的 。
6、常温工作的压力容器在投入生产之前进行压力试验的目的是 ，根据试验中所采用介质的不同可分为 和 。
椭圆形封头的长短轴之比a/b依次为 、 、 时，其赤道圆上的环向应力分别为σθ＞0,σθ＝0,σθ＜0。
7、有一容器，其最高工作压力1.6MPa, 工作温度t≤150℃且装有安全阀，则该容器的设计压力Pd= MPa;水压试验压力PT= MPa。
8、常用的压力容器开孔补强设计的原则是 ，通常采用的补强结构有 、 、 。
9、容器设计参数中，设计温度尽管不直接反映在强度计算公式中，但它是 . 和 一个不可缺少的参数。
三、解释名词
1、薄壁容器 2、疲劳强度 3、泊松比 4、无力矩理论（薄膜理论） 5、第二曲率半径 6、轴向失稳7、边缘应力 8、弹性压缩失稳 9、塑性失效补强原则 10、临界长度
11、计算长度12、名义厚度 13、第一曲率半径14、名义屈服极限 15、垫片密封比压力
16、蠕变 17、低碳素钢18、第三强度理论19、第四强度理论20、切应力互等定理
四、试分析拉伸试验时低碳素钢试件出现滑移线的原因。
五、简述提高梁的弯曲强度和刚度的措施。

六、计算题
1、如图所示，直径为50mm的实心梁上受到一均布载荷和一力偶的作用。（1）列出剪力方程和弯距方程，（2）画出剪力图和弯矩图，（3）求危险横截面上最大正应力
（附图在后）答案

2、悬臂吊车如图所示。横梁用20a工字钢制成。其抗弯刚度 Wz = 237cm3,横截面面积 A=35.5cm2，总荷载F= 34kN，横梁材料的许用应力为[s]=125MPa。校核横梁AB的强度。
（附图在后）
答案
3、设计一台圆筒形受压容器，內径di=1400mm，长度为3000mm两端为标准椭圆形封头，容器材质为16MnR，取C2=2 mm，工作温度t=280℃，设计压力P=1.76Mpa。试对筒体和封头进行设计。（取Φ=0.85， 〔σ〕t=148.8Mpa，σS=345MPa，〔σ〕=170Mpa ）
答案 液压强度满足
4、确定一外压圆筒的壁厚。已知：设计压力 ， ， 设计温度 ，取壁厚附加量 ，材料16MnR。取 。 (附图在后) 答案 12mm
5、一蒸汽锅炉承受最大压强为p , 圆筒部分的内径为D ，厚度为 t , 且 t 远小于D . 试用第四强度理论校核圆筒部分内壁的强度. 已知 p=3.6MPa，t=10mm，D=1m，[s]=160MPa.
答案

0.5m
0.5m
2KN·m
2KN/m

（第1题图）
D
A
B
C
F
1.2
1.2

（第2题图）

（第4题图）
6、一个低合金钢内压反应釜，内径，工作压力（装有安全阀），工作温度，釜体采用单面手工电弧焊（有垫板全部无损探伤，内部介质有轻微腐蚀性，（1）试设计反应釜筒体壁厚，并校核水压试验强度。（2）设计封头壁厚。（
，）

7.低碳钢外压圆筒，外径，测量壁厚为，内部介质无腐蚀性，钢板负偏差，筒体长，两侧为椭圆封头，凸面高度，求该筒体的许用外压。（弹性模量为）（6分）

8.已知，梁的直径为50mm，，，，求危险横截面上最大正应力，并求悬臂梁的挠曲线方程和自由端的挠度和转角。（12分）

p
a
D
y
z
t
b
第5题

9、设计常压蒸发干燥器。干燥器内径为500mm，筒身长为3000mm其外装夹套的内径为600mm，夹套内通以0.6MPa的蒸汽，蒸汽温度为160℃。材质均选用Q235-C.设计筒身及夹套的壁厚。

课件
10、一起重量原为50kN的单梁吊车，其跨度为10.5m，由45a号工字钢制成。为发挥其潜力，现将其起重量提高到Q=70kN,试校核梁的强度。若强度不够，再计算其可能承载的起重量。已知梁的材料许用应力为140MPa,电葫芦重G=15kN,梁自重不计。 课件

11、一T形截面外伸梁受力如图所示，已知横截面上yc=48mm，IZ=8.293×10-6m4许用拉应力[σt]为30MPa,许用压应力[σc]为60MPa，试校核此梁的正应力强度。
5kN
9kN
A
B
C
D
1m
1m
0.8m
20
120
20
100
Z
y
yc
NA
NB

12、如图所示的简支梁在 C点处受矩为m的集中力偶作用，试作此梁的的剪力图和弯矩图，求出Qmax和Mmax。（附图在后） Qmax=m/l Mmax=mb/l
l
A
B
C
a
b
RA
RB
m

13、有一库存很久的氧气瓶，其材质为16MnR,圆筒体外径为Do=219mm,系无缝钢管收口而成，实测其最小壁厚为6.5mm,已知材料的σb=540 MPa,σs=260 MPa,设计温度为常温。今欲充15MPa的压力使用,问强度是否够？如果强度不够，该氧气瓶的最大允许工作压力是多少？（nb=3.0, ns=1.6 取C2=1mm）

解：（1）确定参数……………………………………………………………..5分
=15MPa =219mm =6.5mm
===180MPa
===162.5MPa
取许用应力为=162.5MPa
=1(无缝钢管) ,取腐蚀裕量 C2=1mm
C= C1 +C2=0+1=1(mm)(因为已知最小壁厚为6.5mm,故不再计入负偏差C1)
=Sn-C=6.5-15.5mm
（2）强度校核……………………………………………………………..5分
=≤
= =291.1MPa
可见=291.1Mpa＞=162.5Mpa,所以该氧气瓶用于15Mpa的压力下强度不够,不安全,须改变用途降压使用。
(3)确定最高允许工作压力……………………………………………5分
==8.37MPa
该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa

=291.1Mpa＞=162.5Mpa,所以该氧气瓶用于15Mpa的压力下强度不够, 该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa

14、如图所示，直径为40mm的实心梁上受到一均布载荷和一力偶的作用。1）列出剪力方程和弯距方程，（2）画出剪力图和弯矩图，（3）求危险横截面上最大正应力（附图在后）
1m
A
C
2m
2KN/m
2KN·m
B

15、有一台液氮罐，直径为Di=800mm，整个罐体计算长度L=1500mm，有效厚度бe=2mm，材质为0Cr18Ni10Ti，由于其密闭性能要求较高，故须进行真空试漏，试验条件为绝对压力10-3mmHg，问不设置加强圈能否被抽瘪？如果需要加强圈，则需要几个？壁厚附加量C=2mm，Et=1.95×105MPa (附图在后) 不设置加强圈会被抽瘪 至少需设三个加强圈
16、某厂库存一台内径为1000mm、长为26000mm的圆筒形容器，实测该容器的筒体厚度为10mm，两端为标准椭圆形封头，焊缝采用双面对接焊，材料为0Cr18Ni10Ti。由于该设备出厂说明书不全，试问该容器是否可作为计算压力为2MPa、温度为250℃、介质无腐蚀的分离器？ 课件
课本上的例题及课后题：
例题2-6 例题2-7 课后题 2-7 例题3-4 例题4-6 例题4-9
课后题 4-1（b）（g）（h）（m），4-8 例题5-2 例题5-5
例题8-1 例题8-2 课后题 8-6 例题9-1 例题9-2 例题9-3 例题10-1
例题11-1 例题11-2

指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
　Ａ组
钢号
种类
含碳量%
合金元素含量（%）
符号意义

Q235-A·F
普通碳素甲类钢
—
—
F：沸腾钢
Q:钢材屈服点
Q235-A
普通碳素甲类钢
—
—
A:甲类钢
20g
优质碳素结构钢
0.2%
—
g:锅炉钢
16Mn R
普通低合金钢
0.16%
<1.5%
R:容器钢
20MnMo
普通低合金钢
0.2%
MnMo<1.5%
—
16MnDR
普通低合金钢
0.16%
Mn:<1.5%
D:低温钢
14Cr1Mo
普通低合金钢
0.14%
Cr:0.9-1.3%;Mo:<1.5%
—
0Cr13
铬不锈钢
<0.08%
Cr:13%
—
1Cr18Ni9Ti
奥氏体不锈钢
0.1%
Cr:18%;Ni:9%;Ti:<1.5%
—
00Cr19Ni10
奥氏体不锈钢
<0.03%
Cr:19%;Ni:10%
—
B组：
钢号
种类
含碳量%
合金元素含量（%）
符号意义
Q235-B
普通碳素乙类钢
—
—
F：沸腾钢
Q:钢材屈服点
Q235-AR
普通碳素甲类容器钢
—
—
R:容器钢
16Mng
普通低合金钢
0.16%
Mn:<1.5%
g:锅炉钢
18Nbb
普通低合金钢
0.18%
Nb:<1.5%
b:半镇静钢
18MnMoNbR
普通低合金钢
0.18%
Mn.Mo.Nb:<1.5%
—
09MnNiDR
普通低合金钢
0.09%
Mn.Ni:<1.5%
R:容器钢
06MnNb
普通低合金钢
0.06%
Mn.Nb:Cr:18%;Ni:12%;
Mo:1.5～2.49%;
Ti:<1.5%
—

三、选择材料
设备
介质
设计温度/℃
设计压力/MPa
供选材料
应选材料
氨合成塔外筒
氮、氢、少量氨
≤200
15
0Cr18Ni9Ti，20，Q235-A·F ，18MnMoNbR，15MnVR, 13MnNiMoNbR
18MnMoNbR
或13MnNiMoNbR
氯化氢吸收塔
氯化氢气体，盐酸，水
80~120
0.2
Q235-A·R ，1Cr18Ni9Ti，铜，铝，硬聚氯乙烯塑料，酚醛树脂漆浸渍的不透性石墨
Q235-A·R+铜衬里
溶解乙炔气瓶蒸压釜
水蒸汽
≤200
15
Q235-A，0Cr19Ni10，20，16MnR，18MnMoNbR，07MnCrMoVR
18MnMoNbR
高温高压废热锅炉的高温气侧壳体内衬
转化气（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）
890~
1000
3.14
18MnMoNbR，0Cr13，Q235-A·R，Cr25Ni20，0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14N
Cr25Ni20

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