過程設備設計習題

1、目 錄第一章 壓力容器導言1第二章 壓力容器應力分析5第三章 壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響13第四章 壓力容器設計16第五章 儲存設備23第六章 換熱設備24第七章 塔設備26第八章 反應設備27【概念題參考答案】2771第一章 壓力容器導言【教學基本內(nèi)容和要求】1了解壓力容器基本組成和主要零部件；2了解介質(zhì)的毒性和易燃性，掌握壓力容器幾種不同分類方法；3了解壓力容器的質(zhì)量保證體系的內(nèi)容，了解常用壓力容器標準和規(guī)范。一【思考題】1介質(zhì)的毒性程度和易燃特性對壓力容器的設計、制造、使用和管理有何影響？2壓力容器主要由哪幾部分組成？分別起什么作用？3容規(guī)在確定壓力容器類別時，為什么不僅要根

2、據(jù)壓力高低，還要視壓力與容積的乘積pV大小進行分類？4容規(guī)與GB150的適用范圍是否相同？為什么？5GB150、JB4732和JB/T4735三個標準有何不同？它們的適用范圍是什么？6過程設備的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？7在我們做壓力容器爆破實驗時發(fā)現(xiàn)，容器首先破壞的地方一般在離封頭與筒體連接處一段距離的地方，而并非處于理論上應力集中的連接處的地方，請問原因何在？二【判斷題】1壓力容器主要是由筒體、封頭、開孔與接管、支座以及安全附件組成。（ ）2易燃介質(zhì)是指與空氣混合的爆炸下限小于10或爆炸上限和下限之差小于等于20的氣體。（ ）3高壓容器（代號H）和超高壓容器（代號U）是典型的第一類

3、壓力容器。（ ）4壓力容器中，封頭與筒體之間一定要有密封裝置。（ ）5壓力容器在設計時只要滿足企業(yè)要求就行了，不需要滿足GB150。（ ）6盛裝毒性程度為高度危害介質(zhì)的容器制造時，容器上的A、B類焊接接頭應進行100%射線或超聲檢測。（ ）7壓力容器分為三類：第一類壓力容器，第二類壓力容器，第三類壓力容器，其中低壓的具有極度毒性的壓力容器屬于第一類壓力容器。（ ）816MnR的含碳量約為0.016%。（ ）9毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)，且PV乘積大于等于0.2MPam3 的低壓容器屬于第三類壓力容器。（ ）10所有毒性為高度危險的容器都屬于第三類壓力容器。（ ）11壓力容器在生產(chǎn)工

4、藝過程中的作用可分為：反應壓力容器，換熱壓力容器，分離壓力容器，儲存壓力容器。其中反應壓力容器最危險，而儲存壓力容器最安全。（ ）12某化工容器嚴格按照國際最新標準生產(chǎn)制造出來，當然它是滿足企業(yè)的標準的。（ ）13所謂的高溫容器是指工作溫度在材料蠕變溫度以上。（ ）14易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫均應采用全焊透結(jié)構(gòu)。( )15在過程裝備設計中，為充分利用材料的強度，節(jié)省材料，減輕重量，應采用等強度設計。16Q235-B鋼板可以用來制造毒性程度為高度危害介質(zhì)的壓力容器。（ ）17Q235A鋼板可以用來制造壓力容器。（ ）18過程設備各零件的強度并不相同，整體強度往往取決于強度最弱的零部件的強度。（

5、 ）三【多選題】1介質(zhì)危害性有多種，其中影響壓力容器分類的是：（ ）A 毒性， B 腐蝕性， C 氧化性， D 易燃性2下列屬于第三類壓力容器的是：（ ）A 毒性程度為極度和高度危險介質(zhì)的低壓容器；B 毒性程度為極度和高度危險介質(zhì)且PV大于等于0.2MPa.m3的低壓容器；C 易燃或毒性程度為為中度危險介PV大于等于10MPa.m3的中壓儲存容器；D 中壓管殼式余熱鍋爐；E 高壓容器3容規(guī)適用于具備下列哪些條件的壓力容器：（ ）A 最高工作壓力（Pw）大于等于0.1MPa（不含液體靜壓力）；B 內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m；C 容積（V）大于等于0.025m3；D 盛裝介

6、質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點的液體。4過程設備在生產(chǎn)技術(shù)領域中應用十分廣泛，是化工、煉油、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門所必須的關(guān)鍵設備。下列屬于過程設備在實際生產(chǎn)中應用的是：（ ） A 加氫反應器， B 超高壓食品殺菌釜， C 核反應堆， D 壓縮機5凡屬于下列情況之一者為一類壓力容器（ ）；凡屬于下列情況之一者為二類壓力容器（ ）；凡屬于下列情況之一者為三類壓力容器（ ）；A 壓力 0.1MPap1.6MPa 的容器；B 壓力 0.1MPap1.6MPa 的容器；C 壓力 1.6MPap10

7、.0MPa 的容器；D 壓力 1.6MPap10.0MPa 的容器；E 高壓容器；F 極度毒性和高度危險介質(zhì)的中壓容器；G 極度毒性和高度危險介質(zhì)的低壓容器；H 真空容器。6下列關(guān)于壓力容器的分類錯誤的是：（ ）A 內(nèi)裝高度危害介質(zhì)的中壓容器是第一類壓力容器。B 低壓搪玻璃壓力容器是第二類壓力容器。C 真空容器屬低壓容器。D 高壓容器都是第三類壓力容器。7下列哪些是無力矩理論的應用條件：（ ）A 殼體的厚度、中面曲率和載荷連續(xù)，沒有突變；B 構(gòu)成殼體的材料的物理性能相同；C 殼體的邊界處不受橫向剪力、彎矩和扭矩的作用；D 殼體的邊界處的約束沿經(jīng)線的切線方向，不得限

8、制邊界處的轉(zhuǎn)角與撓度。8壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程適用于同時具備下類條件的壓力容器：（ ）A 最高工作壓力（Pw）大于等于0.1MPa（含液體靜壓力）；B 最高工作壓力（Pw）大于等于0.1MPa（不含液體靜壓力）；C 內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容積（V）大于等于0.025m3D 盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點的液體。9下列對GB150，JB4732和JB/T4735三個標準的有關(guān)表述中，正確的有：（ A 當承受內(nèi)壓時，JB4732規(guī)定的設計壓力范圍為0.1MPaP35MPa .B GB150采用彈性失效設計準則，而TB/T4735采

9、用塑性失效設計準則。C GB150采用基于最大主應力的設計準則，而JB4732采用第三強度理論。D 需做疲勞分析的壓力容器設計，在這三個標準中，只能選用GB150。E GB150的技術(shù)內(nèi)容與ASME  VIII1大致相當，為常規(guī)設計標準；而JB4732基本思路與ASME  VIII2相同，為分析設計標準。F GB150中規(guī)定鋼材許用應力時，低碳鋼的屈服點及抗拉強度的材料設計系數(shù)分別為1.6與3.0。10下列屬于第三類壓力容器的是：（ ）A 中壓搪玻璃壓力容器.B 中壓容器C 球形儲罐D(zhuǎn) 低溫液體儲存容器（容積大于5m3）E 移動式壓力容器.F 低壓容器（

10、僅限毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)）11下列哪些是壓力容器的安全附件：（ ）A 爆破片裝置， B 壓力表， C 人孔， D 測溫儀12按承載方式分類，壓力容器可分為：（ ） A 內(nèi)壓容器， B 外壓容器， C 反應壓力容器， D 真空容器四【單選題】1所謂高溫容器是指下列哪一種：（ ） A 工作溫度在材料蠕變溫度以上B 工作溫度在容器材料的無塑性轉(zhuǎn)變溫度以上C 工作溫度在材料蠕變溫度以下D 工作溫度高于室溫2GB150適用下列哪種類型容器：（ ）A 直接火加熱的容器B 固定式容器C 液化石油器槽車D 受輻射作用的核能容器3一個載荷穩(wěn)定均勻的內(nèi)壓厚壁圓筒最好采用哪種設計準則：（ ） A 彈性失效，

11、 B 塑性失效， C 爆破失效， D 彈塑性失效，4有關(guān)容規(guī)適用的壓力說法正確的是：（ ）A 最高工作壓力大于0.01MPa(不含液體靜壓力) B 最高工作壓力大于等于0.1MPa(不含液體靜壓力)C 最高工作壓力大于1MPa(不含液體靜壓力) D 最高工作壓力大于等于1MPa(不含液體靜壓力)5毒性為高度或極度危害介質(zhì)PV>=0.2MPa.m3的低壓容器應定為幾類容器：( )A 類， B 類， C 類， D 不在分類范圍6影響過程設備安全可靠性的因素主要有：材料的強度、韌性和與介質(zhì)的相容性；設備的剛度、抗失穩(wěn)能力和密封性能。以下說法錯誤的是：（ ）A 材料強度是指在載荷作用下

12、材料抵抗永久變形和斷裂的能力B 沖擊吸收功是指材料斷裂過程中吸收變形能量的能力C 剛度是過程設備在載荷作用下保持原有形狀的能力D 密封性是指過程設備防止介質(zhì)或空氣泄漏的能力7毒性為中度危害的化學介質(zhì)最高容許質(zhì)量濃度為：（ ）A <0.1mg/m3， B 0.1<1.0mg/m3 ， C 1.0<10mg/m3， D 10mg/m3  8內(nèi)壓容器中，設計壓力大小為50MPa的應劃分為：（ ）A 低壓容器 ， B 中壓容器， C高壓容器， D 超高壓容器9下列屬于分離壓力容器的是：（ ）A 蒸壓釜， B 蒸發(fā)器， C 干燥塔， D 合成塔第

13、二章 壓力容器應力分析【教學基本內(nèi)容和要求】1了解回轉(zhuǎn)殼體的基本幾何概念，了解圓柱殼軸對稱問題的有力矩理論和回轉(zhuǎn)殼體的不連續(xù)分析方法；2掌握無力矩理論并熟練應用，著重掌握受內(nèi)壓時回轉(zhuǎn)薄殼的應力特點；3掌握厚壁圓筒應力特征；4了解厚壁圓筒彈性應力分析方法，了解厚壁圓筒彈塑性應力分析方法；5掌握屈服壓力和爆破壓力的計算和提高屈服承載能力的措施；6了解圓板軸對稱彎曲的基本方程；7掌握均布載荷下圓板中的應力；8了解外壓薄壁圓柱殼彈性失穩(wěn)分析方法，了解其它回轉(zhuǎn)薄殼的臨界壓力；9掌握長圓筒和短圓筒的臨界壓力的計算；10了解典型局部應力的產(chǎn)生、計算及降低局部應力的措施。一【思考題】1試述承受均布外壓的回轉(zhuǎn)殼

14、破壞的形式，并與承受均布內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)殼作比較，它們有何異同？2試述影響承受均布外壓圓柱殼臨界壓力的因素有哪些？為提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，應采用高強材料，對否，為什么？3兩個直徑、壁厚和材質(zhì)相同的圓筒，承受相同的周向均布外壓，其中一個為長圓筒，另一個為短圓筒，試問它們的臨界壓力是否相同，為什么？在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓應力是否相同，為什么？隨著所承受的周向均布外壓力不斷增加，兩個圓筒先后失穩(wěn)時，圓筒中的周向壓應力是否相同，為什么？4承受周向壓力的圓筒，只要設置加強圈均可提高其臨界壓力。對否，為什么？且采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟上愈合理。對否，為什么？5試確定和劃分短圓筒與剛性

15、圓筒的界限，并導出其臨界長度。6承受橫向均布載荷的圓形薄板，其力學特征是什么？它的承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因是什么？7承受橫向均布載荷作用的圓平板，試比較周邊簡支和固支情況下，圓板中的最大彎曲應力和撓度的大小和位置。8承受橫向均布載荷作用的圓平板，當其厚度為一定時，試證明板承受的總載荷為一與半徑無關(guān)的定值 9已知一環(huán)板，外周邊簡支、內(nèi)周邊受均布剪力f，其任意半徑處的轉(zhuǎn)角、撓度和彎曲應力表達式均為已知。現(xiàn)求幾何尺寸不變時，內(nèi)周邊簡支、外周邊受均布剪力的環(huán)板的轉(zhuǎn)角、撓度和應力的表達式。10單層厚壁圓筒在內(nèi)壓與溫差同時作用時，其綜合應力沿壁厚如何分布？筒壁屈服發(fā)生在何處？為什么？11為什么

16、厚壁圓筒微元體的平衡方程在彈塑性應力分析中同樣適用？12一厚壁圓筒，兩端封閉且能可靠地承受軸向力，試問軸向、環(huán)向、徑向三應力之關(guān)系式，對于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否都成立，為什么？13有兩個厚壁圓筒，一個是單層，另一個是多層圓筒，二者徑比和材料相同，試問這兩個厚壁圓筒的爆破壓力是否相同？為什么？14預應力法提高厚壁圓筒屈服承載能力的基本原理是什么？15簡述無力矩理論的適用范圍。16單層薄壁圓筒同時承受內(nèi)壓Pi和外壓Po作用時，能否用壓差代入僅受內(nèi)壓或僅受外壓的厚壁圓筒筒壁應力計算式來計算筒壁應力？為什么？17工程上采取什么措施來減少熱應力？18試分別在內(nèi)壓和外壓作用下分析圓筒形狀缺陷

17、對圓筒穩(wěn)定性的影響。19求解內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應力有哪幾種方法？20圓柱殼除受到介質(zhì)壓力作用外，還有哪些從附件傳遞來的外加載荷？21組合載荷作用下，殼體上局部應力的求解的基本思路是什么？試舉例說明。22何謂回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應？不連續(xù)應力有那些重要特征，其中與(Rt)平方根兩個參數(shù)量的物理意義是什么？23單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時，其應力分布有那些特征？當承受的內(nèi)壓很高時，能否僅用增加壁厚來提高承載能力，為什么？24一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對稱問題的條件是什么？25試分析標準橢圓封頭采用長短軸之比a/b=2的原因。26推倒無力矩理論的基本方程時，在微元截取時，能否采用兩個相鄰的垂直于軸線的橫截面

18、代替教材中于經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面？為什么？27單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時，其應力分布有那些特征？當承受內(nèi)壓很高時，能否僅增加壁厚來提高承載能力？二【判斷題】1殼體失穩(wěn)時的臨界壓力隨殼體材料的彈性模量E、泊松比的增大而增大，而與其他因素無關(guān)。（ ）2由于邊緣應力出現(xiàn)在不連續(xù)處，因此它的危險性遠遠大于薄膜應力。（ ）3內(nèi)加熱情況下內(nèi)壁應力疊加后得到改善，而外壁應力有所惡化。外加熱情況下則剛好相反，內(nèi)壁應力惡化，而外壁應力得到很大改善。（ ）4對于受內(nèi)壓殼體，其上面各點一定是受到拉應力的作用，而不會受到壓應力的作用。（ ）5承受均布載荷時，周邊簡支圓平板和周邊固支圓平板的最大應力都發(fā)生在支承處。

19、（ ）6壓力容器爆破實驗中，橢圓形封頭和容器連接處有應力集中現(xiàn)象，所以爆破口一般會出現(xiàn)在接頭處。（ ）7筒體是壓力容器最主要的受壓元件之一，制造要求高，因此筒體的制造必須用鋼板卷壓成圓筒并焊接而成。（ ）8塑性失效設計準則一般用于應力分布均勻的構(gòu)件。（ ）9外直徑與內(nèi)直徑之比2/1.5的圓柱殼體屬于薄壁圓筒。（ ）10工程上常用的標準橢圓形封頭，其a/b為2。（ ）11在僅受內(nèi)壓的厚壁圓筒中，軸向應力沿壁厚分布是不均勻的。（ ）12周邊固支的圓平板在剛度和強度兩方面均優(yōu)于周邊簡支圓平板。（ ）13短圓筒在受外壓失穩(wěn)時，將呈現(xiàn)兩個波紋。（ ）三【多選題】1為降低局部應力，下列結(jié)構(gòu)設計合理的是：（

20、 ）A 減少兩聯(lián)接件的剛度差， B 盡量采用圓弧過度，C 局部區(qū)域補強， D 選擇合理的開孔方位2承受內(nèi)壓的薄橢球殼應力的大小與哪些因素有關(guān)：（ ）A 內(nèi)壓的大小， B 球殼的壁厚， C 長短軸之比， D 球殼的材料3下列哪些是較常用的實驗應力分析方法：（ ）A 電測法， B 差分法， C 光彈性法， D 破壞實驗4深水容器由于長期工作于水底并承受較大的外壓，常會出現(xiàn)以下幾種失效方式：（ ）A 腐蝕， B 泄露， C失穩(wěn)， D 脆性斷裂 5不同結(jié)構(gòu)組合殼的連接邊緣處存在有邊緣應力，邊緣應力的特性有：（ ）A 局部性， B均勻性， C自限性， D.連續(xù)性6在內(nèi)壓作用下，下列關(guān)于單層厚壁圓筒中應力

21、分部規(guī)律的表述正確的有：（ ）A 周向應力及軸向應力均為拉應力，徑向應力為壓應力。B 內(nèi)壁徑向應力絕對值最大，而內(nèi)壁的周向應力最小。C 軸向應力為一常量，沿壁厚均勻分布，且為周向應力與徑向應力和的一半。D 除軸向應力外，其他應力沿厚度的不均勻程度與徑比K有關(guān)，K值愈大不均勻程度愈大。7下列有關(guān)熱應力的說法正確的有：（ ）A 熱應力隨約束程度的增大而增大；B 熱應力于零外載平衡，是由熱變形受約束引起的自平衡應力；C 厚壁圓筒徑向溫度不均勻引起熱應力時，在溫度高處產(chǎn)生拉伸應力，溫度低處產(chǎn)生壓縮應力；D 熱應力具有自限性，屈服流動和高溫蠕變可使熱應力降低。8下列關(guān)于形狀缺陷對圓筒穩(wěn)定性影響說法正確的

22、是：（ ）A 圓筒的形狀缺陷主要有不圓和局部區(qū)域的折皺，鼓脹或凹陷；B 在內(nèi)壓作用下，圓筒有消除不圓度的趨勢；C 形狀缺陷對內(nèi)壓容器強度的影響不大；D 形狀缺陷對外壓容器強度的影響不大。9通過合理地設計結(jié)構(gòu)，可以降低局部應力，例如以下措施正確的有：（ ）A 減少兩連接件的剛度差； B 盡量采用圓弧過渡；C 局部區(qū)域補強； D 選擇合理的開孔方位。10下列關(guān)于厚壁圓筒應力分析正確的是：（ ）A 厚壁圓筒的應力分析應采用三向應力分析； B 厚壁圓筒周向應力沿壁厚分布均勻；C 厚壁圓筒徑向應力沿壁厚分布均勻； D 內(nèi)外壁間溫差加大，熱應力相應增大。四【單選題】1在厚壁圓筒中，如果由內(nèi)壓引起的應力與溫

23、差所引起的熱應力同時存在，下列說法正確的是：（ ）A 內(nèi)加熱情況下內(nèi)壁應力和外壁應力都有所惡化；B 內(nèi)加熱情況下內(nèi)壁應力和外壁應力都得到改善；C 內(nèi)加熱情況下內(nèi)壁應力有所惡化，而外壁應力得到改善；D 內(nèi)加熱情況下內(nèi)壁應力得到改善，而外壁應力有所惡化。2通過對最大撓度和最大應力的比較，下列關(guān)于周邊固支和周邊簡支的圓平板說法正確的是：（ ）A 周邊固支的圓平板在剛度和強度兩方面均優(yōu)于周邊簡支的圓平板；B 周邊固支的圓平板僅在剛度方面均優(yōu)于周邊簡支的圓平板；C 周邊固支的圓平板僅在強度方面均優(yōu)于周邊簡支的圓平板；D 周邊簡支的圓平板在剛度和強度兩方面均優(yōu)于周邊固支的圓平板。3下列有關(guān)受均布外壓作用圓

24、筒的失穩(wěn)情況的敘述，錯誤的是：（ ）A 失穩(wěn)臨界壓力與材料屈服點無關(guān)；B 受均布周向外壓的長圓筒的臨界壓力與L無關(guān)；C 很短的圓筒在受均布軸向壓縮載荷時將出現(xiàn)對稱失穩(wěn)；D 圓筒的形狀缺陷對圓筒的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大影響。4下列不屬于提高厚壁圓筒屈服承載能力的措施為：（ ）A 增加壁厚； B 采用多層圓筒結(jié)構(gòu)，對內(nèi)筒施加外壓；C 自增強處理； D 采用分析設計的方法。5下列有關(guān)不連續(xù)應力的敘述，錯誤的為：（ ）A 不連續(xù)應力是由于結(jié)構(gòu)不連續(xù)引起變形不協(xié)調(diào)造成的；B 具有局部性與自限性的特征；C 其危害程度比總體薄膜應力大；D 脆性材料制造的殼體對不連續(xù)應力十分敏感。6下列關(guān)于局部載荷說法正確的是：（

25、）A 對管道設備附件設置支架，會增加附件對殼體的影響；B 對接管附件加設熱補償元件，無明顯意義；C 壓力容器制造中出現(xiàn)的缺陷，會造成較高的局部應力；D 兩連接件的剛度差大小與邊緣應力無明顯關(guān)系。7受外壓的短圓筒，失穩(wěn)時，出現(xiàn)的波形個數(shù)為：（ ）A 兩個； B 四個； C 大于兩個； D 大于四個。8下列關(guān)于薄殼應力分析中應用的假設，錯誤的是：（ ）A 假設殼體材料連續(xù)，均勻，各向同性；B 受載后的形變是彈性小變形；C 殼壁各層纖維在變形后互不擠壓；D 殼壁各層纖維在變形后互相擠壓。9關(guān)于薄圓平板的應力特點，下列表述錯誤的是：（ ）A 板內(nèi)為二向應力，切應力可予以忽略；B 正應力沿板厚分布均勻；

26、C 應力沿半徑分布與周邊支承方式有關(guān)；D 最大彎曲應力與（R/t）的平方成正比。五【計算題】1寫出下列回轉(zhuǎn)殼中A點的主曲率半徑R1、R2和 平行圓半徑r計算題1圖2確定圖中碟形封頭上A、B、C三點的主曲率半徑R1、R2 計算題2圖 計算題3圖3如圖所示具有標準橢圓形封頭和錐形底的圓筒，試求：（1）當承受均勻氣壓P=1.0MPa時，A、B、C三點處的薄膜應力；（2）當橢圓形封頭a/b=2，2，3時封頭上的薄膜應力的最大值及其位置（a不改變）。4試確定如圖所示中間支承的圓筒形儲液筒殼壁中A、B和C三處的薄膜應力。筒內(nèi)液體密度為。 計算題4圖5試用無力矩理論的基本方程，求解圓柱殼中的應力（殼體承受氣

27、體內(nèi)壓p，殼體中面半徑為R，殼體厚度為t）。若殼體材料由20R(b)=400Mpa，(s)=245MPa改為16MnR(b)=510MPa，(s)=345MPa時，圓柱殼中的應力如何變化？為什么？6對一標準橢圓形封頭（如圖所示）進行應力測試。該封頭中面處的長軸D1000mm,厚度t=10mm，測得E點（x=0）處的周向應力為50MPa。此時，壓力表A指示數(shù)為1MPa，壓力表B的指示數(shù)為2MPa，試問哪一個壓力表已失靈，為什么？7有一容器端蓋是由經(jīng)線所形成的回轉(zhuǎn)薄殼，如圖所示，其中氣體的壓力為1Mpa，筒體直徑為1600mm，蓋及筒體的厚度為12mm，試用無力矩理論計算A、B兩點的壓力。（參考公

28、式：曲線第一曲率半徑）計算題6圖 計算題7圖8有一壓力容器，一端為球形封頭，另一端為橢圓形封頭，如圖所示。已知圓筒的平均直徑為，封頭和筒體壁厚均為，最高工作壓力，試確定：（1）筒身經(jīng)向應力和環(huán)向應力；（2）球形封頭的和（3）橢圓形封頭值分別為、2、3時，封頭的最大應力所在位置。試畫出應力分布圖。（參考公式： ） 計算題8圖 9半徑為R，厚度為t，密度為的球形蓋，求因自身質(zhì)量作用在容器中引起的薄膜應力。 計算題9圖 計算題10圖10如圖所示儲滿液體的錐殼，液體密度為，試寫出應力表達式。11有一錐形底的圓筒形密閉容器，如圖所示，試用無力矩理論求出錐形殼中的最大薄膜應力與的值及相應位置。已知圓筒形容

29、器中面半徑R，厚度t；錐形底的半錐角，厚度t，內(nèi)裝有密度為的液體，液面高度為H，液面上承受氣體壓力。 計算題11圖 計算題12圖12容器如圖所示，圓筒中面半徑為R，壁厚為t，圓錐與圓筒的壁厚相等，半錐頂角為。容器內(nèi)承受氣體壓力p的作用，且圓筒中液柱高為H1，圓錐液柱高為H2，液體密度為，忽略殼體的自重。 （1）按無力矩理論推導A-A、B-B、C-C、D-D截面處的經(jīng)向應力和周向應力的計算公式；（或推導殼體上各處的經(jīng)向應力和周向應力的計算公式）； （2）若H1 >H2，求出圓錐殼中最大應力作用點的位置及大小。13試求兩端封閉圓筒的軸向應力和內(nèi)半徑處的周向應力。該圓筒的內(nèi)徑Di=20mm，外

30、徑Do=30mm，同時受內(nèi)壓60MPa，外壓20MPa作用。14單層厚壁圓筒，承受內(nèi)壓力36MPa時，測得（用千分表）筒壁外表面的徑向位移0.365mm，圓筒外直徑=980mm，E=2×105MPa，0.3。試求圓筒內(nèi)外壁面應力值。15一高壓容器，其筒體內(nèi)徑Di=1000mm，外徑Do=1250mm，承受內(nèi)壓35MPa，試求： （1）內(nèi)外壁面的主應力值為多少？ （2）外壁面周向應變?yōu)槎嗌?？（E=2.1×105MPa，0.3）16一僅受內(nèi)壓作用的單層厚壁圓筒，內(nèi)壓Pi40MPa，外徑Do1100mm，內(nèi)徑Di=1000mm，E=MPa，0.3，求圓筒外壁面的應力值和徑向位移。

31、17由內(nèi)徑100mm、外徑150mm和內(nèi)徑50mm、外徑100.02mm的兩圓筒熱套成組合圓筒，試計算在接觸面上產(chǎn)生的套合壓力為多大？已知兩圓筒材料的彈性模量均為E=2.08×105MPa。18蒸汽管為108×4mm的無縫鋼管，如果管道兩端剛性固定，安裝時溫度t1=20，且無裝配應力，工作時輸送壓力為0.1Mpa（絕）的蒸汽，求輸送管外徑不變、管壁厚度增大一倍時，求管壁溫差應力及支座約束反力。19下圖為一圓筒在內(nèi)壓作用時，壓力與容積變化量的關(guān)系圖?？磮D回答下列問題并推導相關(guān)公式：（1）OA段為直線，為什么？（2）A、C、D點對應的壓力分別稱為什么？（3）AC段為彈塑性變形階

32、段，CD段為爆破階段，試分析曲線具有上圖形狀的原因。（4）試推導出基于Tresca屈服失效判據(jù)（又稱為最大切應力屈服失效判據(jù)或第三強度理論）的與的關(guān)系（為筒體所受內(nèi)壓，為彈性區(qū)與塑性區(qū)分界面半徑），假設材料為理想彈塑性材料，屈服點為并用所推導的公式寫出（圖中A點壓力）表達式。計算題19圖20三個幾何尺寸相同的承受周向外壓的短圓筒，其材料分別為碳鋼（y=220Mpa，E=2×105MPa，0.3），鋁合金（y=110Mpa E=0.7×105MPa，0.3）和銅（y=100Mpa E=1.1×105MPa，0.31），試問哪一個圓筒的臨界壓力最大，為什么？21有一圓

33、筒，其內(nèi)徑為1000mm，壁厚為10mm，長度為20m，材料為20R()。在承受周向外壓時，求其臨界壓力。在承受內(nèi)壓力時，求其爆破壓力，并比較其結(jié)果。22有一周邊固支的圓板，半徑R=500mm ，板厚t=38mm ，板面上承受橫向均布載荷 P=3MPa，試求板的最大撓度和應力（取板材的E=2×105MPa，0.3）。上題中的圓平板周邊改為簡支，試計算其最大撓度和應力，并將計算結(jié)果與上題作一分析比較。23一穿流式泡沫塔其內(nèi)徑為，塔板上最大液層為（液體重為），塔板厚度為，材料為低碳鋼（E=2×105MPa，0.3）。周邊支承可視為簡支，試求塔板中心

34、處的撓度；若撓度必須控制在以下，試問塔板的厚度應增加多少？24一離心機，用來沉降懸浮料液，物料密度。轉(zhuǎn)筒直徑D=800mm，壁厚t=8mm，高H=700mm。材料為碳鋼（密度），彈性模量,當以1500r/min回轉(zhuǎn)時，液體自由表面可近似與壁面平行?；剞D(zhuǎn)半徑r=300mm。（1）求環(huán)向薄壁應力（2）求經(jīng)向薄壁應力.計算題24圖第三章 壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響【教學基本內(nèi)容和要求】1掌握壓力容器常用材料的分類、牌號和性能，了解有色金屬和非金屬的種類；2了解塑性變形、焊接、熱處理對鋼材性能的影響；3掌握介質(zhì)對壓力容器用鋼性能的影響，了解溫度、加載速率對壓力容器用鋼性能的影響；4了解壓力

35、容器用鋼的基本要求，了解選擇壓力容器鋼材應考慮的因素，了解壓力容器選材的基本原則。一【思考題】1壓力容器用鋼有哪些基本要求?改善鋼材性能的途徑有哪些？2簡述壓力容器選材的基本原則。3什么是應變硬化?應變硬化對鋼材的常溫力學性能有何影響?4什么是環(huán)境氫脆?環(huán)境氫脆是由什么原因引起的?5疲勞破壞有哪些特征？6什么是石墨化現(xiàn)象?怎樣預防?7壓力容器長期在高溫下工作其材料的性能，金相組織會發(fā)生什么變化?8影響壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素有哪些?9試列舉三種壓力容器韌性破壞的原因。10韌性破壞和脆性破壞有什么區(qū)別？哪種破壞的危險性更大？11壓力容器鋼材選擇時要考慮到的一個很大的因素是材料的價格。試問影響材

36、料價格的因素主要有哪些？一般情況下，為較好的符合經(jīng)濟要求，該怎么選擇材料？12減少焊接應力和變形的措施有哪些？焊接接頭常見缺陷有哪幾種？試畫圖表示。13簡述短期靜載下溫度對鋼材力學性能的影響。14為什么要控制壓力容器鋼中的磷、硫含量？15高溫下材料性能的劣化主要有哪些形式？選擇其中一種說說如何消除或防止劣化。16簡述應力腐蝕過程及預防措施17請列舉焊接接頭檢驗的主要方法。18高溫，高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容器在停車時，應先降壓，保溫消氫后，再降至常溫，切不可先降溫后降壓。試述其原因。二【判斷題】1加工硬化在冷加工和熱加工中都會存在。（ ）2只要有應力存在，就會發(fā)生應力腐蝕。（ ）3脆性斷裂的特

37、征是斷裂時容器沒有膨脹，斷口齊平，并與最大應力方向平行，斷裂的速度快，常使容器斷裂成碎片。（ ）4從金屬學的觀點來區(qū)分，冷、熱加工的分界線是金屬的再結(jié)晶溫度。（ ）5熱變形中無再結(jié)晶出現(xiàn)，因而有加工硬化現(xiàn)象。（ ）6一般說來，具有體心立方晶格的金屬，如碳素鋼和低合金鋼，都會低溫變脆。（ ）7在常溫下工作的零件，在發(fā)生彈性變形后，如果變形總量保持不變，則零件內(nèi)的應力將保持不變。（ ）8應變硬化將使材料的比例極限提高而塑性降低。（ ）9鋼材化學成分對其性能和熱處理有較大影響，提高含碳量可使其強度和可焊性增加。（ ）10壓力容器材料含碳量要小于0.25%.11為了保護在高溫高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容

38、器，在停車時我們應先把裝置降溫，使氫在金屬中的溶解度下降，以利于析氫，然后在降壓。（ ）12經(jīng)過冷加工塑性變形的碳素鋼、低合金鋼，在室溫下停留較長時間或在較高溫度下停留一定時間后，會出現(xiàn)屈服點和抗拉強度提高，塑性和韌性降低的現(xiàn)象，稱為應變時效。（ ）13熔合區(qū)是焊接接頭中最薄弱的環(huán)節(jié)之一，部分正火區(qū)是焊接接頭中組織和性能最好的區(qū)域。（ ）14壓力容器設計時，應盡可能使零件工作時產(chǎn)生的最大正應力與纖維組織方向重合。（ ）15在焊接中要注意，焊縫不要布置在高應力區(qū)，焊縫要盡可能避免交叉。（ ）16固溶處理和穩(wěn)定化處理都屬于改善綜合性能的熱處理。（ ）17在高溫和恒定載荷作用下，金屬材料會產(chǎn)生隨時間

39、而發(fā)展的塑性變形，稱為蠕變現(xiàn)象。（ ）三【多選題】1下列選項中，那些屬于高溫下材料性能的劣化：（ ）A 蠕變脆化， B 應變硬化， C 石墨化， D 氫腐蝕2局部腐蝕有哪些形式：（ ）A 晶間腐蝕， B 小孔腐蝕， C 縫隙腐蝕， D 電化學腐蝕3屬于應力腐蝕開裂的特征的有：（ ）A 一般為延遲脆性斷裂 B 由拉伸應力引起 C 斷裂發(fā)生前沒有明顯塑性變形 D 由壓縮應力引起4蠕變的結(jié)果是使壓力容器材料產(chǎn)生如下哪些變化：（ ）A 蠕變脆化， B 應力松弛， C 蠕變變形， D 蠕變斷裂5下列屬于非破壞性檢驗的有：（ ） A 取樣試驗， B 外觀檢查， C 密封性檢查， D 無損檢測6焊接接頭的組

40、成一般有：（ ） A 焊縫， B 融合區(qū)， C 部分正火區(qū)， D 熱影響區(qū)7按化學成份分類，壓力容器用鋼可分為：（ ）A 碳素鋼， B 低合金鋼， C 高合金鋼， D 鑄鋼8下列關(guān)于鋼材化學成分的說法正確的是：（ ）A 提高碳含量可能使強度增加，且使可焊性提高； B 壓力容器用鋼的含碳量一般不大于0.25%；C 在鋼中加入釩，鈦，鈮等元素，可提高鋼的強度和韌性；D 硫磷是鋼中的最主要的有害元素。9下列關(guān)于壓力容器常用鋼材形狀說法正確的是：（ ）A 圓筒一般由鋼板卷焊而成，鋼板通過沖壓或旋壓可制成封頭等；B 壓力容器的接管，換熱管等常用無縫鋼管制造；C 中國壓力容器鍛件標準中，將鍛件分為四個級別

41、，級別高價格低；D 壓力容器的平蓋常用鋼板制造。10壓力容器的工作環(huán)境對材料性能的影響因素，主要有：（ ）A 溫度高低； B 載荷波動； C 介質(zhì)性質(zhì)； D 加載速率11下列關(guān)于焊接應力和變形的說法正確的有：（ ）A 焊接過程的局部加熱導致焊接件的較大溫度梯度，引起焊接應力和變形；B 焊接應力和外載荷產(chǎn)生的應力疊加，易造成局部區(qū)域應力過高；C 焊接形變使焊件形狀和尺寸發(fā)生變化，需要進行矯形；D 在進行焊接后，焊接變形較大的，焊接應力也較大。12為減少焊接應力和變形，可采取的措施有：（ ）A 減少焊接接頭數(shù)量； B 焊縫不要布置在高壓區(qū)； C 使焊縫交叉； D 使用十字焊。13壓力容器局部腐蝕的

42、主要形式有：（ ）A 晶間腐蝕； B 小孔腐蝕； C 化學腐蝕； D 縫隙腐蝕四【單選題】1在壓力容器制造過程中應用最廣的焊接方法是：（ ） A 熔焊； B 壓焊； C 釬焊； D 點焊2一般高壓容器的平蓋制造用的鋼材是：（ ）A 鋼板； B 鋼管； C 鍛件； D 鑄件3在焊接中力學性能得到明顯改善，是焊接接頭中組織和性能最好的區(qū)域是：（ ）A 過熱區(qū)； B 正火區(qū)； C 融合區(qū)； D 焊縫4下列不屬于壓力容器焊接結(jié)構(gòu)的設計應遵循的原則的是：（ ）A 盡量采用對接接頭結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷；B 盡量采用全熔透的結(jié)構(gòu)，不允許產(chǎn)生未熔透缺陷；C 盡量減少焊縫處的應力集中；D 盡量選用好的焊接

43、材料。5下列焊接接頭中可能出現(xiàn)的缺陷，最危險的是：（ ）A 裂紋； B 夾渣； C 氣孔； D 未熔透6下列金屬會產(chǎn)生低溫變脆的是：（ ）A 銅； B 碳素鋼； C 鋁； D 奧氏體不銹鋼7磁粉檢測屬于：（ ）A 破壞性檢驗； B 外觀檢查； C 密封性檢查； D 無損檢測8下列關(guān)于硫化學成分在鋼材中的作用說法正確的是：（ ）A 硫元素不是鋼材中的有害元素；B 硫元素能提高鋼的強度，但會增加鋼的脆性；C 硫元素能促進非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低；D 壓力容器用鋼對硫的限制和一般結(jié)構(gòu)鋼相當。9鋼材的可焊性主要取決于它的化學成分，其中影響最大的是：（ ）A 含碳量； B 含硫量； C 含磷

44、量； D 含氫量10金屬塑性變形可分為熱變形和冷變形，其中分界線是：（ ）A 金屬再結(jié)晶溫度； B 金屬熔點； C 常溫； D 100攝氏度11下列關(guān)于氫腐蝕與氫脆的說法錯誤的是：（ ）A 氫腐蝕指高溫高壓下氫與鋼中的碳化合生成甲烷；B 奧氏體不銹鋼可以很好地抵抗氫腐蝕；C 氫脆是指鋼吸收氫而導致韌性下降的現(xiàn)象；D 碳素鋼在500攝氏度以上的高壓環(huán)境下才發(fā)生氫腐蝕。第四章 壓力容器設計【教學基本內(nèi)容和要求】1了解壓力容器設計的基本內(nèi)容、基本要求，了解壓力容器設計條件、設計方法和設計文件的內(nèi)容；2了解壓力容器失效的基本形式，理解壓力容器的強度失效設計準則、剛度失效設計準則、穩(wěn)定失效設計準則和泄漏

45、失效設計準則；3掌握壓力容器筒體和封頭設計方法（含內(nèi)壓、外壓）；4掌握開孔和開孔補強設計方法，握螺栓法蘭連接的原理、了解法蘭連接設計方法，了解支座、檢查孔、安全泄放裝置的作用、結(jié)構(gòu)和選用；5掌握壓力試驗的方法和計算，了解焊接結(jié)構(gòu)設計方法；6理解壓力容器的分類和分析設計思想，了解疲勞分析的基本概念。一【思考題】1為保證安全，壓力容器設計時應綜合考慮哪些因素？具體有哪些要求？2壓力容器的設計文件應包括哪些內(nèi)容？3壓力容器設計有哪些設計準則？它們和壓力容器失效形式有什么關(guān)系？4什么叫設計壓力？液化氣體儲存壓力容器的設計壓力如何確定？5一容器殼體的內(nèi)壁溫度為Ti，外壁溫度為To，通過傳熱計算得出的元件

46、金屬截面的溫度平均值為T，請問設計溫度取哪個？選材以哪個溫度為依據(jù)？6根據(jù)定義，用圖標出計算厚度、設計厚度、名義厚度和最小厚度之間的關(guān)系；在上述厚度中，滿足強度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是哪一個？為什么？7影響材料設計系數(shù)的主要因素有哪些？8壓力容器的常規(guī)設計法和分析設計法有何主要區(qū)別？9薄壁圓筒和厚壁圓筒如何劃分？其強度設計的理論基礎是什么？有何區(qū)別？10高壓容器的筒體有哪些結(jié)構(gòu)形式？它們各有什么特點和適用范圍？11高壓容器筒體的對接深環(huán)焊縫有什么不足？如何避免？12對于內(nèi)壓厚壁圓筒，中徑公式也可按第三強度理論導出，試作推導。13為什么GB150中規(guī)定內(nèi)壓圓筒厚度計算公式僅適用

47、于設計壓力p0.4t？14橢圓形封頭、碟形封頭為何均設置直邊段？15從受力和制造兩方面比較半球形、橢圓形、碟形、錐殼和平蓋封頭的特點，并說明其主要應用場合。16螺栓法蘭連接密封中，墊片的性能參數(shù)有哪些？它們各自的物理意義是什么？17法蘭標準化有何意義？選擇標準法蘭時，應按哪些因素確定法蘭的公稱壓力？18在法蘭強度校核時，為什么要對錐頸和法蘭環(huán)的應力平均值加以限制？19簡述強制式密封，徑向或軸向自緊式密封的機理，并以雙錐環(huán)密封為例說明保證自緊密封正常工作的條件。20按GB150規(guī)定，在什么情況下殼體上開孔可不另行補強？為什么這些孔可不另行補強？21采用補強圈補強時，GB150對其使用范圍作了何種

48、限制，其原因是什么？22在什么情況下，壓力容器可以允許不設置檢查孔？23試比較安全閥和爆破片各自的優(yōu)缺點？在什么情況下必須采用爆破片裝置？24壓力試驗的目的是什么？為什么要盡可能采用液壓試驗？25簡述帶夾套壓力容器的壓力試驗步驟，以及內(nèi)筒與夾套的組裝順序。26為什么要對壓力容器中的應力進行分類？應力分類的依據(jù)和原則是什么？27一次應力、二次應力和峰值應力的區(qū)別是什么？28分析設計標準劃分了哪五組應力強度？許用值分別是多少？是如何確定的？29在疲勞分析中，為什么要考慮平均應力的影響？如何考慮？30化工壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設計的基本原則是什么？31強度失效是因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，強度失效

49、有哪些形式？并選擇其一簡述其特征和產(chǎn)生的原因32簡述應力腐蝕過程及預防措施33簡述爆破片的作用，并與安全閥相對比，簡述其特點34常見的局部開孔補強結(jié)構(gòu)有那幾種？試畫圖說明。35簡述計算厚度、設計厚度、名義厚度、有效厚度之間的關(guān)系。36什么是焊接應力？減少焊接應力有什么措施？37高壓密封的結(jié)構(gòu)形式有哪些？38請列舉出幾種常見的組合式圓筒設計形式，并分別簡述其各自的優(yōu)點。39為什么要考慮開孔的補強問題？40簡述安全泄放裝置的作用。41壓力容器的失效判據(jù)和設計準則是什么？42平封頭與筒體相連，通常平封頭較厚，所以焊接工藝上通常要求在平封頭焊接區(qū)附近開一個環(huán)行槽，其目的是什么，根據(jù)是什么？43請列舉焊

50、接接頭檢驗的主要方法。44高溫，高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容器在停車時，應先降壓，保溫消氫后，再降至常溫，切不可先降溫后降壓。試述其原因。45簡述過程設備的基本設計步驟。二【判斷題】1承受均布周向外壓力的圓筒，只要設置加強圈均可提高其臨界壓力。（ ）2二次應力是指由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所引起的正應力或切應力。（ ）3有效厚度為名義厚度減去鋼材負偏差。（ ）4確定外壓計算長度時，對于橢圓形封頭，應計入直邊段及封頭曲面深度的三分之一。（ ）5咬邊不僅會減少母材的承載面積，還會產(chǎn)生應力集中，危害較為嚴重，較深時應予消除。（ ）6由于韌性斷裂時容器的實際應力值往往很低，爆破片、安全閥等安全附件不會動作，其后果要比脆性斷裂嚴重得多。（ ）7檢查孔是為了檢查壓力容器在使用過程中是否有裂紋變形、腐蝕等缺陷產(chǎn)生，所以，所有殼體上必須開設檢查孔。（ ）8爆破片的工作原理相當于用局部破壞換取整體安全。相比安全閥來說，通常使用的環(huán)境更為惡劣。（ ）9剛度失效是指由于構(gòu)件過度的塑性變形而引起的失效。（ ）10失效判據(jù)可以直接用于壓力容器的設計計算。（ ）11爆破失效設計準則以整個危險截面屈服作為失效狀態(tài)。（ ）12影響焊接接頭系數(shù)的因素較多，主要與焊接接頭形式和焊縫無損檢測的要求和