化工机械基础试题及答案

一、名词解释（10 分）1、无力矩理论：在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用，该情况下的应力状态和承受内压的薄膜相似，又称薄膜理论。2、法兰的公称压力：以 16MnR 在 200时的力学性能为基础，其最大操作压力即为具有该尺寸法兰的公称压力。3、泊松比：弹性阶段杆件的横向应变与轴向应变之比的绝对值，称为横向变形系数或泊松比。是一无量纲的量，其数值随材料而异，也是通过试验测定的。 4、同素异构转变：在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称同素异构转变。5、热脆：硫以 FeS 的形态存在于钢中，FeS 和 Fe 形成低熔点（985 0C）化合物，而钢材的热加工温度一般在 11500C-12000C 以上，当钢材热加工时由于 FeS 化合物的过早熔化而导致工件开裂，称为“热脆” 。二作图题（共 10 分）根据受力图画出剪力图和弯矩图（10 分）三、问答题（共 26 分）1. Q235-AF 代表 普通碳素钢 （钢种） ，其中 Q 为 屈服强度的头一个拼音字母 ，235为 屈服强度值 ，A 表示 质量等级 ，F 表示 沸腾钢 ；0Cr18Ni9 代表 铬镍不锈钢 （钢种） ，18 表示 含铬 18% ， 9 表示 含镍 9% ；ZL7 代表 铸铝 （钢种） ； H80 代表 黄铜 （钢种） ，80 表示平均含铜 80% 。 （5 分）2埋弧自动焊的优缺点是什么？不锈钢焊接采用何种方法及其特点是什么？（5 分）埋弧自动焊的优点：1）生产效率高；2）焊缝质量高；3）劳动条件好缺点：不及手工电弧焊灵活，工件边缘准备和装配质量要求高、费工时，必须严格控制焊接规范。不锈钢焊接可采用氩弧焊，用氩气为保护介质，是惰性气体，既不与金属起化学反应也不溶于液态金属，可避免焊接缺陷，获得高质量的焊缝。3什么是外压容器的失稳？简述外压容器侧向失稳的形式并说明如何通过失稳形势判断外压容器的类型？（8 分）容器强度足够，却突然失去原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶皱，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形，这种现象称为弹性失稳。其实质是容器筒壁内的应力状态有单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形，产生的波形数 n=2 时，为长圆筒；n2 时，为短圆筒；如只发生强度破坏，无失稳则为刚性筒。4、下列容器属一、二、三类容器的哪一类？（8 分）（1） 直径为 2000mm，设计压力为 10Mpa 的废热锅炉（2） 设计压力为 0.6Mpa 的氟化氢气体储罐（3） 设计压力为 1.0Mpa 的搪玻璃压力容器（4） p 为 4Mpa 的剧毒介质容器（1） 为三类容器；（2）为二类容器；（3）为二类容器；（4）为三类容器。四、计算题（共 54 分）1、 一个低合金钢内压反应釜，内径 ，工作压力 （装有安全阀） ，mDi10MPa0.2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C0微腐蚀性，试设计反应釜筒体壁厚，并校核水压试验强度。 （ t14， ） （10 分）MPa7as345seiTp9.2表 钢板负偏差 Cl （mm） 钢板厚度 67 825 2630 3234 3640 4250 5260负偏差 0.6 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3解：设壁厚 ， ，m1.01m2CpDtid 97.805.19.42圆整为规格钢板，取 厚。n10水压试验校核： MPaDpeiT 5.1902.8.104752.1， ，所以水压试验时强度足够。MPas 5.7934.09.0 sT92、 低碳钢外压圆筒，外径 ，测量壁厚为 ，内部介质无腐蚀性，钢板mD10m20负偏差 ，筒体长 ，两侧为椭圆封头，凸面高度 ，求该筒C8.01530体的许用外压。 （弹性模量为 ） （6 分）MPa102解： 属短圆筒，mLcr 895.4107.， Papcr 0.415259.2.2MPapcr6.13、 截面直杆如图，已知： ， ，2cmA2c， ，求出各截面的轴26cmA/0GNE力，画出轴力图，并求杆的总伸长。 （10 分）解： mALPL625.0125.60. 1045.210.24939343214、已知 ，梁的直径为 50mm， ，GPaEmkNM.2， ，求危险横截面上最大正应力，并求悬ma.0L3.臂梁的挠曲线方程和自由端的挠度和转角。 （12 分）解： MPaJyMZ 16305.642/123maxmax ，积分： ，fEZ DxfEJZ FDxfEJZ21边界条件： 时， ，解得：0x0, 0,F悬臂梁的挠曲线方程为： , （ ）22163.xxJMfZax, )1.0(5.)(2 3 aEaxaEJMf ZZZ l自由端的转角： rdJZCB 3102.6自由端的挠度： maLEJMaLfZB 310.)()( 5、如图所示，扭矩 ，轴向力 ，作用在直径 的钢轴上mkNMn.2kNP10D5若 ，求圆轴外圆周的危险点 A 处（1）主应力的大小；（2）主平面位Pa170置；（3）最大剪应力；（4）分别用第三、第四强度理论计算该点的相当应力。 （12 分）解： ，MPaAx93.50 MPaDnxyy 49.81603axyyxyx 84.10925222mina 00 6.3.3或yxtg因为 ， ，所以max0450max08.5MPMP4192.5321 a38.maxr.170313 MPa1.502213232146、一设备法兰的操作温度为 2800C，工作压力为 0.4MPa，当材料为 Q235-A 和 15MnVR时应分别按何种公称压力级别确定法兰的几何尺寸。 （4 分）解：Q235-A 应按公称压力 1.0MPa 级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR 应按公称压力 0.6MPa 级别确定法兰的几何尺寸。选择题1、材料的刚度条件是指构件抵抗（ B ）的能力。A破坏 B变形 C稳定性 D韧性2、一梁截面上剪力左上右下，弯矩左顺右逆，描述正确的是（ A ） 。A剪力弯矩均为正 B剪力弯矩均为负C剪力为正弯矩为负 D剪力为负弯矩为正3、内压容器封头直边的作用是（ B ） 。A制造加工容易 B防止热应力与边缘应力叠加 C局部加强 D节约材料4、构件的强度、刚度和稳定性（ C ）A只与材料的力学性质有关； B只与构件的形状尺寸有关；C与 A 和 B 都有关； D与 A 和 B 都无关。5、为保证整个机器设备在外力作用下安全可靠地工作，它们的每个构件必须满足三个基本条件，即要有足够的（ C ）A强度、刚度、塑性 B. 塑性、韧性、稳定性C强度、刚度、稳定性 D. 塑性、韧性、强度6、下述类型设备中，承压性能最好的是（ A ） 。A球形容器 B 圆筒形容器 C方形容器 D椭圆形容器7、平面一般力系的平衡条件为（ B ）A B0F,yx0)(,0ioyxFMFC D io8、受外压的圆筒壳体其破坏形式为失稳的是（ C ）A长圆筒、刚性圆筒 B短圆筒、刚性圆筒C长圆筒、短圆筒 D长圆筒、短圆筒、刚性圆筒9、单元体上的主平面是指（ A ）A剪应力为零的平面 B既有正应力又有剪应力的平面C正应力为零的平面 D既没有正应力又没有剪应力的平面10、优质非合金钢 20g 表示（ D ）A含碳量为千分之 20 的容器用钢 B含碳量为万分之 20 的容器用钢 C含碳量为千分之 20 的锅炉用钢D含碳量为万分之 20 的锅炉用钢11、关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，正确的是（ D ）A应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；B应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效；C应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效；D应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效12、在承受内压的圆柱形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴（ B ）A与筒体轴线平行 B与筒体轴线垂直C与筒体轴线成 45 度角 D任何方向均可13、下述材料中哪一个与其它材料不同类（ C/D ） 。A低碳钢 B优质钢 C铜 D铸铁14、当采用无缝钢管作为筒体时，其公称直径为（ A ）A管子的外径 B管子的内径 C管子的平均直径 D管子的公称直径 15、用三种不同材料制成尺寸相同的试件，在相同的试验条件下进行拉伸试验，得到的应力应变曲线如图示。比较三条曲线，可知拉伸强度最高、弹性模量最大、塑性最好的材料是（ A ）Aa、b、c Bb、c、a Cb、a、c Dc、b、a 16、化工容器就其整体而言，通常属于轴对称问题，是因为（ D ）A壳体的几何形状对称于回转轴 B约束对称于回转轴C所受外力对称于回转轴 DA、B 、C 均是17、根据小变形条件，可以认为（ D ）A构件不变形 B构件不破坏 C构件仅发生弹性变形 D构件的变形远小于其原始尺寸18、图示两截面面积相等，则抗弯截面模量 Wz1/Wz2 为（ D ） (1) (2)A. 2.25 B. 1.0 C. 0.67 D. 1.519、下述容器中哪一个易发生失稳（ D ）A高大立式容器 B高压容器 C内压容器 D外压容器20、下述设备哪一项不属于三类压力容器（ D ）A容积为 60m3 球形储罐 B移动式压力容器C高压容器 D低压管壳式余热锅炉21、卧式布置的容器其受力情况可简化为（ C ）A受均布载荷的简支梁 B受集中载荷作用的简支梁C受均布载荷的外伸梁 D受集中载荷作用的外伸梁22、下述各项中哪一个不属于容器附件（ D ） 。A视镜 B人孔 C液位计 D容器外保温23、下述措施哪一项不会改善梁的强度与刚度（ D ） 。A集中力改为分布力 B将简支梁变为外伸梁 C将矩形梁改为工字钢梁 D将矩形梁改为圆形梁24、优质碳钢与普通碳钢的划分是依据（ D ）的不同。A含碳量 B防腐性能 C强度 DS+P 含量25、若轴向拉伸等直杆选用同种材料，三种不同的截面形状：圆形、正方形、空心圆，比较三种情况的材料用量，则（ D ）A正方形截面最省料 B圆形截面最省料 C空心圆截面最省料 D三者用料相同 26、下列封头受力状况最好的是（ A ）P142A球形封头 B椭圆形封头 C碟形封头 D平板封头27、容器的标准化参数包括（ B ） 。A公称直径和公称容积 B 公称直径和公称压力 C公称压力和壁厚 D公称质量和公称容积28、压力容器设计中，碳素钢及低合金钢要求的最小厚度为（ A ） 。A3mm B4mm C5mm D 6mm29、化工装置中下述哪个设备受力可视为扭转变形（ B ） 。A承受风压的塔器 B转动的泵轴 C容器的拉杆 D塔器的地脚螺栓30、从受力角度分析，锥形壳体（ B ）处应力最大，因此开孔应避开此位置。A锥顶 B锥底 C锥顶与锥底中间处 D各部位相同31、下述材料中哪一个归属优质碳钢（ B ） 。A1Cr13 B20 C 1Cr25Si2 D16MnDR32、下述哪一种封头没有直边（ D ） 。A椭圆形封头 B碟形封头 C球冠封头 D大端折边锥形封头33、以下材料哪一个是压力容器专用钢（ B ）AQ235-A B16MnR C20g D0Cr18Ni9Ti 34、中压容器的压力范围为（ B ）A BMPa6.1a.01.610PaMaC D10P35、压力容器在名义厚度计算时，不考虑记入下述哪一项（ D ） 。A钢板负偏差 B腐蚀裕量 C 圆整值 D容器最小厚度36、塑性与脆性材料是用延伸率来划分的，塑性材料的延伸率为（ B ） 。A 3% B5% C8% D10%37、下述哪种约束类型是由力和力矩共同作用（ D ） 。A柔索约束 B光滑面约束 C固定铰约束 D固定端约束38、化工装置中装有液体的卧式容器可视为（ B ） 。A简支梁 B外伸梁 C非静定梁 D 悬臂梁39、对圆筒型容器下述说法正确的是（ D ） 。A经向应力与环向应力相等 B经向应力与