化工機(jī)械參考習(xí)題

1、1.2  壓力容器主要由哪幾部分組成？分別起什么作用？ 筒體：壓力容器用以儲(chǔ)存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間，是壓力容器的最主要的受壓元件之一；   封頭：有效保證密封，節(jié)省材料和減少加工制造的工作量；   密封裝置：密封裝置的可靠性很大程度上決定了壓力容器能否正常、安全地運(yùn)行；   開孔與接管：在壓力容器的筒體或者封頭上開設(shè)各種大小的孔或者安裝接管，以及安裝壓力表、液面計(jì)、安全閥、測溫儀等接管開孔，是為了工藝要求和檢修的需要。   支座

2、：壓力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上。   安全附件：保證壓力容器的安全使用和工藝過程的正常進(jìn)行。1.6  過程設(shè)備的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？   安全可靠   滿足過程要求   綜合經(jīng)濟(jì)性好   易于操作、維護(hù)和控制   優(yōu)良的環(huán)境性能2.1  試述承受均布外壓的回轉(zhuǎn)殼破壞的形式，并與承受均布內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)殼作比較，它們有何異同？   1.在

3、內(nèi)壓作用下，這些殼體將產(chǎn)生應(yīng)力和變形，當(dāng)此應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)，殼體將產(chǎn)生顯著變形，直至斷裂。   2.殼體在承受均布外壓作用時(shí)，殼壁中產(chǎn)生壓縮薄膜應(yīng)力，其大小與受相等內(nèi)壓時(shí)的拉伸薄膜應(yīng)力相同。但此時(shí)殼體有兩種可能的失效形式：一種是因強(qiáng)度不足，發(fā)生壓縮屈服失效；另一種是因剛度不足，發(fā)生失穩(wěn)破壞。2.2  試述影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力因素有哪些？為提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，應(yīng)采用高強(qiáng)材料。對(duì)否，為什么？   對(duì)于給定外直徑Do和殼壁厚度t的圓柱殼，波紋數(shù)和臨界壓力主要決定于，圓柱殼端部邊緣或周向上約束形式

4、和這些約束處之間的距離，即臨界壓力與圓柱殼端部約束之間距離和圓柱殼上兩個(gè)剛性元件之間距離L有關(guān)。臨界壓力還隨著殼體材料的彈性模量E、泊松比的增大而增加。非彈性失穩(wěn)的臨界壓力，還與材料的屈服點(diǎn)有關(guān)。    彈性失穩(wěn)的臨界壓力與材料強(qiáng)度無關(guān)，故采用高強(qiáng)度材料不能提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力。2.18  試分別在內(nèi)壓和外壓作用下分析圓筒形狀缺陷對(duì)圓筒穩(wěn)定性的影響。 試述有哪些因素影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力？提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，采用高強(qiáng)度材料是否正確，為什么？   圓筒的形狀缺陷主要有不

5、圓和局部區(qū)域中的折皺、鼓脹或凹陷，在內(nèi)壓作用下，圓筒有消除不圓度的趨勢，這些缺陷，對(duì)內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度的影響不大；對(duì)于外壓圓筒，在缺陷處會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，使得圓筒中的壓縮應(yīng)力增大，臨界壓力降低，因此形狀缺陷對(duì)外壓圓筒的影響較大。 2.19 求解內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應(yīng)力有哪幾種方法？   (1)應(yīng)力集中系數(shù)法:    a.應(yīng)力集中系數(shù)曲線    b.應(yīng)力指數(shù)法   (2)數(shù)值計(jì)算;   (3)應(yīng)力測試2.

6、22  何謂回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)？不連續(xù)應(yīng)力有那些重要特征，其中與(Rt)平方根兩個(gè)參數(shù)量的物理意義是什么？   由于殼體的總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)，組合殼在連接處附近的局部區(qū)域出現(xiàn)衰減很快的的應(yīng)力增大現(xiàn)象，稱為“不連續(xù)效應(yīng)”。不連續(xù)應(yīng)力具有局部性和自限性兩種特性。 2.23  單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)，其應(yīng)力分布有那些特征？當(dāng)承受的內(nèi)壓很高時(shí)，能否僅用增加壁厚來提高承載能力，為什么？   （應(yīng)力分布特征見課本2.3厚壁圓筒應(yīng)力分析）     由單層

7、厚壁圓筒的應(yīng)力分析可知，在內(nèi)壓力作用下，筒壁內(nèi)應(yīng)力分布是不均勻的，內(nèi)壁處應(yīng)力最大，外壁處應(yīng)力最小，隨著壁厚或徑比K值的增大，內(nèi)外壁應(yīng)力差值也增大。如按內(nèi)壁最大應(yīng)力作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的控制條件，那么除內(nèi)壁外，其它點(diǎn)處，特別是外層材料，均處于遠(yuǎn)低于控制條件允許的應(yīng)力水平，致使大部分筒壁材料沒有充分發(fā)揮它的承受壓力載荷的能力。 同時(shí)，隨壁厚的增加，K值亦相應(yīng)增加，但應(yīng)力計(jì)算式分子和分母值都要增加，因此，當(dāng)徑比大到一定程度后，用增加壁厚的方法降低壁中應(yīng)力的效果不明顯。3.1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？   壓力容器用鋼基本要求是有較高的強(qiáng)度，

8、良好的塑性，韌性，制造性能和與介質(zhì)的相容性。改善鋼材性能的途徑有化學(xué)成分的設(shè)計(jì)，組織結(jié)構(gòu)的改變和零件表面改性。3.5  疲勞破壞有哪些特征？   壓力容器在交變載荷作用下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂失效的過程，稱為疲勞斷裂。     疲勞破壞有裂紋萌生、擴(kuò)展和最后斷裂三個(gè)階段，因而疲勞斷口一般由裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)組成。裂紋源往往位于高應(yīng)力區(qū)或有缺陷的部位。裂紋擴(kuò)展區(qū)是疲勞斷口最重要的特征區(qū)域。常呈現(xiàn)貝紋狀，是疲勞裂紋擴(kuò)展過程中留下的痕跡。擴(kuò)展區(qū)的大小和形狀取決于壓力容器的

9、應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力幅度及結(jié)構(gòu)形狀等因素。瞬時(shí)斷裂區(qū)為裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)的快速斷裂區(qū)。     由于疲勞破壞源于局部應(yīng)力較高的部位，如接管根部，往往在壓力容器工作時(shí)發(fā)生，因而破壞時(shí)容器總體應(yīng)力水平較低，沒有明顯的變形，是突發(fā)性破壞，危險(xiǎn)性很大。3.9 試列舉三種壓力容器韌性破壞的原因。   壁厚過薄和內(nèi)壓過高是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。壁厚過薄大致有兩種情況：壁厚未經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算和壁厚因腐蝕而減薄。操作失誤、液體受熱膨脹、化學(xué)反應(yīng)失控等會(huì)引起超壓。例如，壓力較高的氣體進(jìn)入設(shè)計(jì)壓力較小的容器、容器內(nèi)產(chǎn)生的氣體

10、無法排出等。4.1 為保證安全，壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮哪些因素？具體有哪些要求？   壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮材料、結(jié)構(gòu)、許用應(yīng)力、強(qiáng)（剛）度、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)予以高度重視。    壓力容器設(shè)計(jì)就是根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，遵循現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確地選擇材料，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)（剛）度和密封設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，并滿足制造、檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等要求；強(qiáng)（剛）度設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度或剛度及穩(wěn)定性要求，以確保容器安全可

11、靠地運(yùn)行；密封設(shè)計(jì)主要是選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料，保證密封性能良好。4.6 根據(jù)定義，用圖標(biāo)出計(jì)算厚度、設(shè)計(jì)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(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是哪一個(gè)？為什么？   計(jì)算厚度（）是按有關(guān)公式采用計(jì)算壓力得到的厚度。必要時(shí)還應(yīng)計(jì)入其它載荷對(duì)厚度的影響。   設(shè)計(jì)厚度（d）系計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。   名義厚度（n）指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即標(biāo)注在圖樣上的厚度。   有

12、效厚度（e）為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負(fù)偏差。   滿足強(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是設(shè)計(jì)厚度補(bǔ)充：工作壓力，設(shè)計(jì)壓力，計(jì)算壓力4.8  壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)法和分析設(shè)計(jì)法有何主要區(qū)別？   常規(guī)設(shè)計(jì):  (1)常規(guī)設(shè)計(jì)將容器承受的“最大載荷”按一次施加的靜載荷處理，不涉及容器的疲勞壽命問題，不考慮熱應(yīng)力。  (2)常規(guī)設(shè)計(jì)以材料力學(xué)及彈性力學(xué)中的簡化模型為基礎(chǔ)，確定筒體與部件中平均應(yīng)力的大小，只要此值限制在以彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所確定的許用應(yīng)力范圍之內(nèi)，則認(rèn)為筒

13、體和部件是安全的。 (3)常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了具體的容器結(jié)構(gòu)形式。 分析設(shè)計(jì):(1) 將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計(jì)算出來,包括交變載荷,熱應(yīng)力,局部應(yīng)力等。  (2) 進(jìn)行應(yīng)力分類，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效。(3) 可應(yīng)用于承受各種載荷、任何結(jié)構(gòu)形式的壓力容器設(shè)計(jì)，克服了常規(guī)設(shè)計(jì)的不足。4.15 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(diǎn)，并說明其主要應(yīng)用場合。 (1)半球形封頭   在均勻內(nèi)壓作用下，薄壁球形容器的薄膜應(yīng)力為相同直徑

14、圓筒體的一半。但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時(shí)，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。半球形封頭常用在高壓容器上。  (2)橢圓形封頭 橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。    (3)碟形封頭  是一不連續(xù)曲面，在經(jīng)線曲率半徑突變的兩個(gè)曲面連接處，由于曲率的較大變化而存在著較大邊緣彎曲應(yīng)力。該邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位，故受力狀況不佳。但過渡環(huán)殼的存在降低了封頭的

15、深度，方便了成型加工，且壓制碟形封頭的鋼模加工簡單，使碟形封頭的應(yīng)用范圍較為廣泛。    (4) 錐殼  結(jié)構(gòu)不連續(xù)，錐殼的應(yīng)力分布并不理想，但其特殊的結(jié)構(gòu)形式有利于固體顆粒和懸浮或粘稠液體的排放，可作為不同直徑圓筒體的中間過渡段，因而在中、低壓容器中使用較為普遍。   (5)平蓋 平蓋厚度計(jì)算是以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的,主要用于直徑較小、壓力較高的容器。4.19 簡述強(qiáng)制式密封，徑向或軸向自緊式密封的機(jī)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。  &#

16、160;1.強(qiáng)制式密封 在預(yù)緊和工作狀態(tài)下都只依靠主螺栓的預(yù)緊作用，使金屬平墊片產(chǎn)生一定的塑性變形，填滿壓緊面的高低不平處，從而達(dá)到密封目的。  2.自緊式密封 盡量利用操作壓力壓緊密封元件實(shí)現(xiàn)自緊密封。預(yù)緊螺栓僅提供初始密封所需的力，壓力越高，密封越可靠，因而比強(qiáng)制式密封更為可靠和緊湊。4.20  按GB150規(guī)定，在什么情況下殼體上開孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)？為什么這些孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)？   壓力容器常常存在各種強(qiáng)度裕量，例如接管和殼體實(shí)際厚度往往大于強(qiáng)度需要的厚度；接管根部有填角焊縫；焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位

17、置不在焊縫上。這些因素相當(dāng)于對(duì)殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處的最大應(yīng)力。因此，對(duì)于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。    GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足表4-14(見課本)要求，就可不另行補(bǔ)強(qiáng)。 4.27  一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的區(qū)別是什么？ 1.一次應(yīng)力是指平衡外加機(jī)械載荷所必須的應(yīng)力。一次應(yīng)力必須滿足外載荷與內(nèi)力及內(nèi)力矩的靜力平衡

18、關(guān)系，它隨外載荷的增加而增加，不會(huì)因達(dá)到材料的屈服點(diǎn)而自行限制，所以，一次應(yīng)力的基本特征是“非自限性”。另外，當(dāng)一次應(yīng)力超過屈服點(diǎn)時(shí)將引起容器總體范圍內(nèi)的顯著變形或破壞，對(duì)容器的失效影響最大。 2.二次應(yīng)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(yīng)力或剪應(yīng)力。二次應(yīng)力不是由外載荷直接產(chǎn)生的，其作用不是為平衡外載荷，而是使結(jié)構(gòu)在受載時(shí)變形協(xié)調(diào)。這種應(yīng)力的基本特征是它具有自限性，也就是當(dāng)局部范圍內(nèi)的材料發(fā)生屈服或小量的塑性流動(dòng)時(shí)，相鄰部分之間的變形約束得到緩解而不再繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)力就自動(dòng)地限制在一定范圍內(nèi)。 3.峰值應(yīng)力是由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部熱應(yīng)力的影響而疊加到一次加二次應(yīng)力之上的

19、應(yīng)力增量，介質(zhì)溫度急劇變化在器壁或管壁中引起的熱應(yīng)力也歸入峰值應(yīng)力。峰值應(yīng)力最主要的特點(diǎn)是高度的局部性，因而不引起任何明顯的變形。其有害性僅是可能引起疲勞破壞或脆性斷裂。4.31  強(qiáng)度失效是因材料屈服或斷裂引起的壓力容器失效，強(qiáng)度失效有哪些形式？并選擇其一簡述其特征和產(chǎn)生的原因 強(qiáng)度失效包括韌性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、蠕變斷裂、腐蝕斷裂等 其中韌性斷裂的特征為斷后有可見的宏觀變形，斷口處厚度顯著減薄，沒有碎片，或偶爾有碎片，按實(shí)測厚度計(jì)算的爆破壓力與實(shí)際爆破壓力相當(dāng)接近。厚度減薄和內(nèi)壓過高是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。4.32  簡述應(yīng)力腐蝕過程及預(yù)防措施 應(yīng)力腐蝕破壞過程分為三個(gè)階段，即孕育階段；裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段；裂紋失穩(wěn)階段。第三段不一定總會(huì)發(fā)生，在第二階段形成的裂紋與可能使壓力容器泄漏，導(dǎo)致應(yīng)力下降，而不出現(xiàn)第三階段，即發(fā)生未爆先漏。 預(yù)防措施：   1.合理選擇材料  2.減少或消除殘余拉應(yīng)力   3.改善介質(zhì)條件   4.涂層保護(hù)   5.合理設(shè)計(jì) 4.36  什么是焊接應(yīng)力？減少焊接應(yīng)力有什么措施？&