過程設備設計第三版課后答案及重點(鄭津洋)

.1.試應用無力矩理論的基本方程，求解圓柱殼中的應力〔殼體承受氣體內(nèi)壓p，殼體中面半徑為R，殼應力分量表示的微體和區(qū)域平衡方程式：2rk=R，φ=π/22殼體材料由20R改為16MnR，圓柱殼中的應力不變化。因為無力矩理論是力學上的靜定問題，其基本方程是平衡方程，而且僅通過求解平衡方程就能得到應力解，不受材料性能常數(shù)的影響，所以圓柱殼中的應力分布和大小不受材料變化的影響。2.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D=1000mm，厚度t=10mm，測得E點〔x=0〕處的周向應力為50MPa。標準橢圓形封頭的長軸與短軸半徑之比為2，即a/b=2，a=D/2=500mm。2從上面計算結果可見，容器內(nèi)壓力與壓力表A的一致，壓力表B已失靈。3m的氣態(tài)氨。設氣態(tài)氨的壓力p=0.4MPa，液氨密度為640kg/m3，球罐沿平行圓A-A支承，其對應中心角為120°,試確定該球殼中的薄膜應力。R1=R2=R，pz=-phh0.0262..EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up8(p),2)233EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(p),2)2..EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(R),n)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(〔p),l2)2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(s),2)02EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(1),3)322-h222}}}235≈≈0-0-2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(p),2)2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(s),2)0θ223323234.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器中面半徑R，厚度t；錐形底的半錐角α,厚度t，內(nèi)裝有密度為ρ的液體，液面高度為H，液面上承受氣體壓力pc。2=r/cos2)rxR2)rxφφR2R2.. φ+θ φ+θ=-zσ=cc在x處σ有最大值。σ的最大值在錐頂，其值為∞。5.試用圓柱殼有力矩理論，求解列管式換熱器管子與管板連接邊緣處〔如圖所示〕管子的不連續(xù)應力表達式〔管板剛度很大，力為零，管子中面半徑為r，厚度為t。EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up3(p),1)EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up4(Q),1)EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up4(M),1)0pM023邊緣力和邊緣邊矩作用下圓柱殼的撓度和轉(zhuǎn)角EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up4(p),2)EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up4(Q),2)0EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up4(M),2)0w 2w 02112D,Q0pM0..M0=2β2D,Qo=-4β3D,N=0xe-βxz=Σσ0=z..6.兩根幾何尺寸相同，材料不同的鋼管對接焊如圖所示。管道的操作壓力為p，操作溫度厚度為t，試求得焊接處的不連續(xù)應力〔不計內(nèi)壓引起的周向應wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),1)wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),1)1內(nèi)壓引起的周向應wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),2)wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),2)2..0M021M0M00020Q02112D,Q0M0=M0-pr2(11M2D,00-βD,M0+2β2D,Q0M2D,00M=0NNxNθEQ\*jc3\*hps42\o\al(\s\up9(E),2)NθMθQxxe-βx1-α2)σxσθEQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up12(N),t)EQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up12(12),t)EQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up12(M),3)2D,(2t3,zEQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up14(Q),t3)x(EQ\*jc3\*hps25\o\al(\s\up13(t2),4)EQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up13(6),t)EQ\*jc3\*hps25\o\al(\s\up13(t2),4)2,3D,1-α2)..EQ\*jc3\*hps39\o\al(\s\up11(p),t)z7.一單層厚壁圓筒，承受內(nèi)壓力pi=36MPa時，測得〔用千分表〕筒體外表面的徑向位移w0=0.365mm，解：周向應變物理方程僅承受內(nèi)壓時的Lamè公式在外壁面處的位移量與內(nèi)徑：ri..解：最佳自增強處理壓力應該對應經(jīng)自增強處理后的管道，在題給工作和結構條件下，其最大應力取最小值時對應的塑性區(qū)半徑Rc情況下的自增強處理壓力。對應該塑性區(qū)半徑Rc的周向應力為最大拉伸應力，其值應為經(jīng)自增強處理后的殘余應力與內(nèi)壓力共同作用下的周向應力之和：「(R)2「(R)2piRi2R2-R2RRR2iR2-「(R)2「(R)2piRi2R2-R2RRR2iR2-R2σ=s|1-|cc00,RR,0,cici令其一階導數(shù)等于0，求其駐點 EQ\*jc3\*hps38\o\al(\s\up16(σ),R)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up5(θ),c)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(c),0)2-REQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up2147483639(2),0)REQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(c),0)2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(c),i))22piRi2R2-)22piRi2R2-R2RRR2R20R3c|c-|}-0RR0RR2R2-R2EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(2),0)c=21.015mm。根據(jù)殘余應力和拉美公式可知，該值對應周向應力取最大值時的塑性區(qū)半徑。由自增強內(nèi)壓pi與所對應塑性區(qū)與彈性區(qū)交界半徑Rc的關系，最佳自增強處理壓力為：9.承受橫向均布載荷的圓平板，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的定值。..11.上題中的圓平板周邊改為簡支，試計算其最大撓度和應力，并將計算結果與上題作一分析比較。簡支時的最大撓度是固支時的4.077倍；簡支時的最大應力是固支時的1.65倍。解：周邊簡支圓平板中心撓度撓度控制在3mm以下需要的塔板厚度5答：碳素鋼的大。從短圓筒的臨界壓力計算式LD0可見，臨界壓力的大小，在幾何尺寸相同的情況下，其值與彈性模量成正比，這三種材料中碳素鋼的E最大，因此，碳素鋼的臨界壓力最大。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？答：○1臨界壓力不相同。長圓筒的臨界壓力小，短圓筒的臨界壓力大。因為長圓筒不能受到圓筒兩端部的支承，容易失穩(wěn)；而短圓筒的兩端對筒體有較好的支承作用，使圓筒更不易失穩(wěn)。2在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓應力相同。因為在失穩(wěn)前圓筒保持穩(wěn)定狀態(tài)，幾何形狀仍保持為圓柱形，殼體內(nèi)的壓應力計算與承受內(nèi)壓的圓筒計算拉應力相同方法。其應力計算式中無長度尺寸，在直徑、厚度、材質(zhì)相同時，其應力值相同。3圓筒中的周向壓應力不相同。直徑、厚度和材質(zhì)相同的圓筒壓力小時，其殼體內(nèi)的壓應力小。長圓筒的臨界壓力比短圓筒時的小，在失穩(wěn)時，長圓筒殼內(nèi)的壓應力比短圓筒殼內(nèi)的壓應力小。15.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。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？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，對。只要設置加強圈均可提高圓筒的剛度，剛度提高就可提高其臨界壓力。2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，不對。采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，是對的。但加強圈多到一定程度后，圓筒壁厚下降較少，并且考慮腐蝕、制造、安裝、使用、維修等要求，圓筒需要必要的厚度，加強圈增加的費用比圓筒的費用減少要大，經(jīng)濟上不合理。0屬長短圓筒，其臨界壓力為承受內(nèi)壓時的爆破壓力遠高于承受外壓時的臨界壓力，高出18.747倍。cr，屬短圓筒，其臨界壓力為承受內(nèi)壓時的爆破壓力高于承受外壓時的臨界壓力，高出3.092倍，但比長圓筒時的倍數(shù)小了很多。3．壓力容器材料與環(huán)境和時間對其性能的影響..1.一內(nèi)壓容器，設計〔計算〕壓力為0.85MPa，設計溫度為50℃;圓筒內(nèi)徑Di=1200mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進行局部無損檢測；工作介質(zhì)列毒性，非易燃，但對碳素鋼、低合金鋼有輕微種作為圓筒材料，并分別計算圓筒厚度。t12nEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(D),φ)n2.一頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲存容器，兩端采用標準橢圓形封頭，沒有保冷措施；內(nèi)裝混合液化壓試驗時的壓力，并進行應力校核。t=23i4n標準橢圓形封頭的厚度12n..T應力校核EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up8(×),2)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up8(0),8)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up8(8),8)sc=2.2MPa，工作溫度t=-20~-3℃。試分別采用半球形、橢圓形、碟形和平蓋作為封頭計算其厚度，并將各種形式封頭的計算結果進行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。ncniii4(r,4(102,M=4(r,4(102,EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),0)cn取表4-8序號5的結構形式，系數(shù)K=0.31n從受力狀況和制造成本兩方面綜合考慮，取標準橢圓形封頭和碟形封頭均可。4.一多層包扎式氨合成塔，內(nèi)徑Di=800mm，設計壓力為31.4MPa，工作溫度小于200℃,內(nèi)筒材料為..n5.今需制造一臺分餾塔，塔的內(nèi)徑Di=2000mm，塔身長〔指圓筒長+兩端橢圓形封頭直邊高度〕的Q235-A鋼板，問能否用這三種鋼板制造解：計算長度5MPaEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(E),δ)5MPaEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(E),δ)5MPaEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(E),δ)6.圖所示為一立式夾套反應容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應器圓筒內(nèi)反應液的最高工作壓力..2計算并確定為保證足夠的強度和穩(wěn)定性，內(nèi)筒和夾3確定水壓試驗壓力，并校核在水壓試驗時，各殼體的強度和穩(wěn)定性是否滿足要求。按GB150規(guī)定，選擇普通正拱型爆破片，靜載荷情況下，其最低標定爆破壓力按內(nèi)壓設計時的設計壓力〔并取計算壓力等于設計壓力〕：按外壓設計時的設計壓力〔并取計算壓力等于設計壓力〕：4設計溫度取工作溫度EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up15(p),φ)12n..nnn=EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(p),φ)7.有一受內(nèi)壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內(nèi)徑格為φ219×8，接管c規(guī)格為φ159×6，試問上述開孔結構是否答：根據(jù)GB150規(guī)定，接管a不需要另行補強。接t=..標準橢圓形封頭壁厚：接管b的計算厚度接管c的計算厚度e所需最小補強面積2EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(1),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(et),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(e),e)223e所需最小補強面積2EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(1),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(et),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(e),e)223