化工设备机械基础习题答案

1、化工设备机械基础习题答案【篇一：化工设备机械基础作业答案】txt 二、填空题1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（ 内）径。2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（ 外）径。第三章 内压薄壁容器的应力分析一、名词解释a组：薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于 0.1 的容器。薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。第一曲率半径：中间面上任一点 m处经线的曲率半径。小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力

2、。边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。二、判断题（对者画 ，错着画 ）a组：1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？（2） 横截面为圆的轴对称柱壳。（ ）（4） 横截面为圆的椭球壳。（ ）（6） 横截面为圆的锥形壳。（ ） 3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径 r?r ，则该点的两向应力 ?m? 。 （）5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。（ ）b组：1. 卧式圆筒形容器，其内介质压力，只充满液体，因为圆筒

3、内液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。（）2. 由于圆锥形容器锥顶部分应力最小，所以开空宜在锥顶部分。（ ）123. 凡薄壁壳体，只要其几何形状和所受载荷对称于旋转轴，则壳体上任何一点用薄膜理论应力4.椭球壳的长，短轴之比 a/b 越小，其形状越接近球壳，其应力分布也就越趋于均匀。（ ）5. 因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用第四章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计二、填空题a组：1. 有一容器 ,其最高气体工作压力为1.6mpa, 无液体静压作用 ,工作温度 150且装有安全阀,试确定该容器的设计压力 p=(1.76)mp

4、a;计算压力 pc=( 1.76 )mpa;水压试验压力pt=(2.2)mpa. 2. 有一带夹套的反应釜 ,釜内为真空 ,夹套内的工作压力为0.5mpa, 工作温度 200,试确定 :(1)釜体的计算压力 (外压)pc=( -0.6 )mpa; 釜体水压试验压力 pt=( 0.75 )mpa.(2)夹套的计算压力 (内压)pc=( 0.5 )mpa;夹套的水压试验压力 pt=( 0.625 )mpa.0.5mpa, 工作温度 100,试确定该容器的设计压力 p=( 0.5 )mpa;计算压力 pc=( 0.617 )mpa; 水压试验压力 pt=(0.625)mpa. 4.标准碟形封头之球面

5、部分内径 ri=( 0.9 )di;过渡圆弧部分之半径r=( 0.17 )di.5. 承受均匀压力的圆平板 ,若周边固定 ,则最大应力是 (径向 )弯曲应力 ,且最大应力在圆平板的(边缘)处;若周边简支 ,最大应力是 ( 径向 )和( 切向 )弯曲应力 ,且最大应力在圆平板的 ( 中心 )处.6. 凹面受压的椭圆形封头,其有效厚度 se 不论理论计算值怎样小 ,当k 1时,其值应小于封头内直径的 ( 0.15)%;k1时,se应不小于封头内直径的 ( 0.3)%.7. 对于碳钢和低合金钢制的容器 ,考虑其刚性需要 ,其最小壁厚smin=( 3)mm; 对于高合金钢制容器 ,其最小壁厚 smin

6、=(2 )mm. 8. 对碳钢 ,16mnr,15mnnbr 和正火的 15mnvr 钢板制容器 ,液压试验时,液体温度不得低于( 5) ,其他低合金钢制容器 (不包括低温容器 ),液压试验时 ,液体温度不得低于( 15) .容器已经 ”失效 ”. ( )3. 安全系数是一个不断发展变化的数据 ,按照科学技术发展的总趋势 ,安全系数将逐渐变小 .( )力状态 ,在建立强度条件时 ,必须借助于强度理论将其转换成相当于单向拉伸应力状态的相当应力. ( ）四、工程应用题a 组： 1、 有一 dn2000mm 的内压薄壁圆筒 ,壁厚 sn=22mm, 承受的最大气体工作压力 pw=2mpa, 容器上【

7、解】（ 1）确定参数： pw =2mpa; pc=1.1pw =2.2mpa （装有安全阀）;di= dn=2000mm( 钢板卷制 ); sn =22mm; se = sn -c=20mm（2）最大工作应力：?t?p(d?s)2.2?(2000?20)?111.1mpa 2se2?20se = sn -c=20mm.（2）最大工作压力：球形容器 . pw4?t?se4?147?1.0?20?1.17mpa di?se10000?20 3、 某化工厂反应釜 ,内径为 1600mm, 工作温度为 5105 ,工作压力为 1.6mpa, 釜体材料选用0cr18ni9ti 。采用双面焊对接接头 ,局

8、部无损探伤 ,凸形封头上装有安全阀,试设计釜体厚度。【解】（1）确定参数： di =1600mm; tw=5105 ;pw=1.6mpa;pc =1.1 pw =1.76mpa （装有安全阀）c2=0 （对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）（2）计算厚度：s?pcdi 2?t?pc?1.76?1600?14.8mm 2?112.9?0.85?1.76 c1=0.8mm （按教材表 4-9 取值， gb4237-92 不锈钢热轧钢板） ,c=c1+c2=0.8mm.名义壁厚： sn=s+c+ 圆整，s+c=14.8+0.8=15.6mm.圆整后， sn =16mm. （1） 水压试验校核?t?pt(d

9、i?se)?0.9?s 2se有效壁厚 se = sn -c=16-0.8=15.2mm试验压力 pt?1.25p?t?1.25?1.76?137?2.67mpa 112.9p2.67?(1600?15.2) (d?s)?141.86mpa 计算应力 ?t?2se2?15.2应力校核0.9?s? ? 0.9?205?0.85?156.8 mpa?t ? 0.9?s? 水压试验强度足够4、 有一圆筒形乙烯罐 ,内径 di=1600mm, 壁厚 sn=16mm, 计算压力为 pc=2.5mpa, 工作温度为-3.5 ，材质为 16mnr, 采用双面焊对接接头 ,局部无损探伤 ,厚度附加量 c=3m

10、m, 试校核贮罐强度。【解】（ 1）确定参数： di =1600mm; sn =16mm; tw=-3.5 ; pc=2.5mpa.16mnr ： 常温下的许用应力 ? = 170 mpa 设计温度下的许用应力 ?t = 170 mpa 常温度下的屈服点 ?s = 345 mpa 有效壁厚： se = sn c = 16 3 = 13 mm （2）强度校核 最大允许工作压力 pw 2 ?t? sepw? ?2?170?0.85?13?2.33 mpa di?se1600?13pc pw 该贮罐强度不足9、 设计容器筒体和封头厚度。已知内径 di=1400mm, 计算压力pc=1.8mpa, 设

11、计温度为 40,材质为 15mnvr, 介质无大腐蚀性 .双面焊对接接头 ,100% 探伤。封头按半球形、标准椭圆 形和标准碟形三种形式算出其所需厚度 ,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。 【解】（ 1）确定参数： di=1400mm;pc=1.8mpa;t=40 ;15mnvr ：假设钢板厚度 : 616mm ，则： （2）筒体壁厚设计：s?pcdi2?t?pc?1.8?1400?7.16mm 2?177?1.0?1.8c1=0.25mm （按教材表 4-9 取值， gb6654-94 压力容器用钢板）c=c1+c2=1.25mm.名义壁厚： sn=s+c+ 圆整，s+c=7.16

12、+1.25=8.41mm.圆整后， sn =9mm.（3） 筒体水压试验校核 ?t?pt(di?se)?0.9?s 2se有效壁厚 se = sn -c=9-1.25=7.75mm试验压力 pt?1.25p?t?1.25?1.8?177?2.25mpa 177p2.25?(1400?7.75) t(di?se)?204.35mpa 计算应力 ?t?2se2?7.75应力校核0.9?s? ? 0.9?390?1?351 mpa?t ? 0.9?s? 筒体水压试验强度足够第五章 外压圆筒与封头的设计二、判断是非题（对者画 ， 错者画 x） 1 假定外压长圆筒和短圆筒的材质绝对理想，制造的精度绝对保

13、证，则在任何大的外压下也不会发生弹性失稳。 （ x ） 2 18mnmonbr 钢板的屈服点比 q235-ar 钢板的屈服点高 108% ，因此，用 18mnmonbr 钢板制造的外压容器，要比用 q235-ar 钢板制造的同一设计条件下的外压容器节省许多钢材。 （ x ） 3 设计某一钢制外压短圆筒时，发现采用 20g 钢板算得的临界压力比设计要求低 10%，后改用屈服点比 20g 高 35% 的 16mnr 钢板，即可满足设计要求。 （ x ） 4 几何形状和尺寸完全相同的三个不同材料制造的外压圆筒，其临界失稳压力大小依次为： pcr 不锈钢 pcr 铝 pcr 铜。 （ x ） 5 外压

14、容器采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，则容器的总重量就愈轻。（ x ）三、填空题减薄筒体壁厚。加强圈的惯性矩应计及（加强圈）和（加强圈和圆筒有效段组合截面）。e) 外压圆筒上设置加强圈后，对靠近加强圈的两侧部分长度的筒体也起到加强作用，该部分长度的范围为（加强圈中心线两侧各为 0.55d0se 的壳体）。四、工程应用题a 组：（1）a，b，c 三个圆筒各属于哪一类圆筒？它们失稳时的波形数 n等于（或大于）几？化的幅度大概是多少？（用比值 p 铝/p 铜=？表示）a图 5-21【解】 （1）a 长圆筒， l/d0 值较大，临界压力 pcr 仅与 se/d0 有关，而与 l/d0 无关，失稳时

15、的波形数 n=2 。 b短圆筒，临界压力 pcr 不仅与 se/d0 有关，而且与 l/d0 有关，失稳时的波形数为 n2 的整数。l/do b【篇二：化工设备机械基础习题解答】基础课后习题解答 . 错误！未定义书签。exercise explanation and designing of the basic of chemicalequipment and mechanism . 错误！未定义书签。 第一章刚体的受力分析及其平衡规律 . 2第一部分 例题及其解析 . 2 第二部分 习题及其解答 . 10第二章金属的力学性能 . 18第一部分 例题及其解析 . 18 第二部分 习题及其解答

16、. 19第三章受拉（压）构件的强度计算与受剪切构 件的实用计算 . 22第一部分例题及其解析 . 22 第二部分 习题及其解答 . 24第四章直梁的弯曲 . 27第一部分例题及其解析 . 27 第二部分 习题及其解答 . 35第五章 圆轴的扭转 . 39第一部分 例题及其解析 . 39 第二部分 习题及其解答 . 43第六章 压力容器与化工设备常用材料 . 46第一部分习题及其解析 . . 46第七章 压力容器中的薄膜应力、弯曲应力、与二次应力 . 48第一部分 习题及其解析 . 48第八章 内压容器 . 52第一部分例题及其解析 . . 52习题及其解答 . . 55第九章 外压容器与压杆的

17、稳定计算 . 60第一部分 例题及其解析 . 60 第二部分 习题及其解答 . . 67第一章刚体的受力分析及其平衡规律第一部分 例题及其解析 1.下图(a)是一个三角支架，它由两根杆和三个销钉组成，销钉 a、c将杆与墙 连接，销钉 b 则将两杆连接在一起。当 ab 杆中央 置一重物时，试确定 ab 杆两端的约束反力力线方 位（杆的自身质量不计）。 解： ab 杆在主动力 g 作用下之所以处于平衡，是由 于受到销钉 a和销钉 b 的约束。而两个销钉又分别受 到墙与 bc 杆的约束。由于杆 bc 是二力杆， 销钉 b 作用给 bc 杆的力 rb 力，其力线必与 bc 杆的 中心线重合。根据作用反

18、作用定律、 bc 杆作用给销钉b 的支撑力 rb ，以及销钉 b 作用给 ab 杆的支撑力 nb ， ab (c)它们的力线方位也应与 bc 杆中心线一致，这样就利用 bc 杆是二力杆这个条件确定了 b 端铰链约束的约束反力力线 方位.如图(b) 所示确定了 nb 的力线方位后， na 的力线方位就可根据三力 平衡必汇交一点的定理来解决了。因为 ab 杆自身的质 量忽略不计 ab 杆是在外载 g 与约束反力 na、nb 三力 作用下处于平衡，所以 na 力线必过 g与 nb 二力线的交(a)b点，这样就确定了 na 的力线方位。显然，如果外载 g 正 好加在ab 杆的中央，那么 na 和 nb

19、 两个力线与 ab 杆交 角将相同，即都等于 ab 杆与 bc 两杆的夹角 ? 2. 下图(a)是一个放在光滑地面上的梯子，梯子由 ac 和 bc 两 部分组成，每部分重 w ，彼此用销钉 c 和绳子 ef 连接起来，今有一人重g 站立在左侧梯子上的 d 处，试分析梯子的受力。 解： 当把整个梯子作为研究对象时，它受到的外力有：主动力 g 和两个 w 力；约束反力 ra 和 rb ，这五个力构成一个平行的平衡力系 ,如图(b) 所示。 其中三个是已知力，两个是未知（大小的）力 当把梯子的左、右两部分单独取出来研究时，绳子的拉力和铰链 c处的相互作用力就变成了外力 ,必须在半个梯子的分离体上表示

20、出 来。根据柔软体约束反力的特点，代替绳子的约束反力 t 是水平的。在铰链 c 处（把销钉看成与右半个梯子为一整体）左右两部分相互作用的力，其力线方位无法利用已知定理确定，只能用两个方位已知、大小待定的未知力 yc 和 xc （及 yc 和 x）c 来代替如图 (c) (d) 所示。从所画得的半个梯子的受力图可见，左半个共受六个外力，其中三个是未知的，右半个所受五个外力，也是三个未知。这些外力既不彼此平行，也不汇交一点，故称为平面一般力系拖轮 a、b 上，如图 (a)所示，(a) n解：因要求的是拖轮对容器的约束反力，所以取容器为研究对象，画出受力 图(b) ，拖轮对容器是光滑面约束 ，故约束

21、反力应沿接触点公法线指向容器，即图中的 na 和 nb ，它们与 y 轴夹角为 300。由于容器重 力也过中心 o 点，故容器是在三力组成的汇交力系作用下处于平衡， 于是有?x?0 nasin30o?nbsin30o?na?nb ?y?0nacos30o?nbcos30o?g?0na?nb?g?0.58go2cos30 4. 重为 g 的均质圆球放在板 ab 与墙壁 ac 之间， d、e 两处均为光滑 接触尺寸如图所示，设板 ab 的质量不计，求 a 处的约束反力及 绳 bc 的拉力c ya解： 既然是求作用在板上的绳子拉力及铰链 a 处约束反力，所以先考虑取 ab 板为分离体，画它的受力图。

22、首先圆球作用 给板一个垂直板的压力 nd ，绳子在 b 处作用给板水平拉力 t，根据题意板自重不计，所以板受到的其他力只还有一个铰链 a 处的约束 反力，整个板是在三个力作用下处于平衡，已知 t 与 nd 不平行，因 此可以断定 a 处的约束反力 ra 必过 t 与 nd 二力线的交点 o。从几何关系中不难看出，过 o点的 ra 力线与水平轴夹角为 600, 如图(b) 所示,这样就得到了板 ab 的受力图。但是会立刻发现，在板 ab 所受到的三个力中，没有一个是已知力，即使根据汇交力系平衡条件式，列出两个平衡方程式，仍然解不出这三个未知力，于是问题转到了先要设法在三个未知力中解决一个，注意到

23、圆球的重力 g 是个已知力，圆球是在两个光滑面约束反力 ne 和 nd以及重力 g 三力作用下处于平衡，利用该圆球的平衡条件 ?y?0 就可算得 ab 对圆球的约束反力 nd即,? ndsin30o?g?0nd?g?2gosin30nd 与 nd?是一对作用与反作用力，所以 nd 变为已知。于是再利用板 ab 的平衡条件由?y?0 得 rasin60o?ndsin30o?0g2?gosin60 由?x?0 得得 ra?racos30o?ndcos30o?t?0212t?2g?g?g 23235. 试对以下四种现象予以解释：1.在桌面上平放一圆盘，通过圆盘质心 o 施加一水力 f,图 1-25(

24、a) 所示， 圆盘向右平移 2.若力 f 施加于圆盘的边缘 ,图 1-25(b) 所示，则圆盘在向右平移的同时， 还会发生绕质心 o 的顺时针转动；3.如果圆盘中心开孔并套在一根竖立的固定轴上 ,图 1-25(c) 所示，【篇三：化工设备机械基础习题和答案】=txt 化工设备机械基础习题解答第一篇 :化工设备材料 第一章化工设备材料及其选择 一.名词解释a 组:1. 蠕变:在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。2. 延伸率 :试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率 。4. 硬度:金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬

25、物体压入表面发生变形或破裂的能力。5. 冲击功与冲击韧性 :冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然 袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。6. 泊桑比 (口):拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，二 o. 3 7. 耐腐蚀性 :金属和合金对周围介质侵蚀 (发生化学和电化学作用引起的破坏 )的抵抗能力 。 8. 抗氧化性 :金属和合金抵抗被氧化的能力。9. 屈服点 :金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代 表材料抵抗产生塑性变形的能力。10. 抗拉强度 :金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值 。 b 组

26、: 1. 镇静钢 : 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 si ，al 等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把 feo 中的 氧还原出来，生成 si02 和 a1203 钢镀膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序 地凝固 。钢键上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。2. 沸腾钢 :沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂 mn 脱氧，是脱氧不完全的钢。其链模上小下大，浇注后钢液在键模中发生自脱氧反应，放出大量 co 气体，造成沸腾现象。沸腾钢徒中没有缩孔， 凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全键之中，因而内部结构疏松。3. 半镇静钢 :介于镇静钢和沸腾钢之间，链模也是上小下大，钢链内部结构下半部像沸腾钢，上半部

27、像镇静钢。4. 低碳钢 :含碳量低于 0.25% 的碳素钢。5. 低合金钢 :一般合金元素总含量小于 5% 的合金钢。 6. 碳素钢 :这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不 是为了改善钢材性能人为加入的 。 7. 铸铁:含碳量大于 2% 的铁碳合金 。c.1. 热处理 :钢铁在国态下通过加热，保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理，化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理 。2. 正火:将加热到临界点以上的 一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。3. 退火:把工件加热到临界点以上的 一定温度，保温 一段时间，然后随炉 一

28、起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。4. 1 卒火:将钢加热至浮火温度 (临界点以 30 50oc) 并保温一定时间，然后再猝火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。浮火可以增加工件的硬度、强度和耐磨性。5. 回火:在零件碎火后再进行 一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件洋火 后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。 6. 调质:洋火力口高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械 性能都较好时，一般采用调质处理。7. 普通碳素钢 :这种钢含硫，磷等有害杂质较多，要求的s 运 0.055% ，p 运 o. 045% 。普通碳素结构钢牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个 部分q235 a. f 。8. 优质碳素钢 :含硫，磷等较少 (含硫 s 、磷 p 均运 0.04%) ，非金属杂质少，组织均匀，表面质量较按顺序组成，例如 :好。9. 不锈钢和不锈耐酸钢 :不锈钢是耐大气腐蚀的钢 ;耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。10. 锅炉钢:有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管王要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板则常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态， 而且还受冲击、疲劳、水和蒸