化工设备机械基础期末课堂大作业D

*题*，答*题*，答.ri!:要*,■事封；不A*■:内***1线■.*:封*■:密*密：得分评阅教师题号12345678910所选答案、判断题：（每题2分，共计20分，正确的填“T"，错误的填“F”）四川理工学院（2007至2008学年第2学期）课程名称：化工设备机械基础期末课堂大作业（A）命题教师：适用班级：题号一一三四五总分评阅（统分）教师得分注意事项：1、满分100分。要求卷面整洁、字迹工整、无错别字。2、考生必须将姓名、班级、学号完整、准确、清楚地填写在规定的地方，否则视为废卷。3、作业形式为开卷，作业时间为100分钟。4、判断题和选择题一定要将所选答案填入方框中。1、在钢号表示方法中，含碳量以平均含量的万分之几表示。2、薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R=R2,则该点的两向应力仃6=Om。3、确定容器压力试验的试验压力时，式中P应为容器的设计压力或最大允许工作压力。4、外压计算图表中，系数A是应力与弹性模量的比值，是无量纲参数。5、螺栓法兰连接结构设计中，螺母材料的硬度应该低于螺栓材料的硬度。6、最大允许工作压力是根据容器壳体的有效厚度计算所得，且取容器中各受压元件的最大值。7、塔设备设计时，基底截面是裙座强度计算时要考虑的一个危险截面。8、开孔等面积补强设计准则，是说补强面积应等于开孔的圆面积。9、在一般回车t薄壳上，同一纬线上各点的周向应力相同而经向应力不同10、一台卧式容器有三个鞍式支座，应选一个F型，两个S型的。

得分评阅教师、选择题：（每题2分，共计20分）题号12345678910所选答案1、外压圆筒的计算长度：指的是两相邻刚性构件之间的（）距离。a.最大b.最小c.平均2、U型管式换热器能进行机械清洗的空间c.管程及壳程均可c.高压容器c.c.管程及壳程均可c.高压容器c.设计厚度3、设计压力为10MPa的压力容器属于a.低压容器b.中压容器4、有效厚度一定不小于a.名义厚度b.计算厚度5、压力容器元件的金属温度是指该元件的金属的a.表面温度的较高者b.内外表面温度的平均值c.截面温度的平均值6、换热器的设计中，为了在相同管板面积上排列最多的管数，换热管在管板上的排列方式可以采用a.正三角形b.正方形c.转角正方形7、对于铁基合金，其屈服点随着温度的升高而（）a.升高b.不变c.降低8、浮头式换热器，a.完全消除温差应力b.部分消除温差应力c.不能消除温差应力9、一台外压容器直径1200mm,圆筒壳长2000mm,两端为半球形封头，其外压计算长度为a.2000mmb.2400mmc.2600mm10、一个薄壁外压圆筒，按我国容器设计规定进行校核，得知其允许工作外压为2MPa,则该容器的临界压力Pcr为：a.Pcr=2MPab,凡=4MPac,凡=6MPa

得分评阅教师三、问答题：（共计35分）得分评阅教师1、写出无力矩理论的两个方程，并说明式中字母的含义及两个方程的应用条件。（10分）2、什么叫外压圆筒的临界压力？影响临界压力的因素有哪些？（7分）3、画图说明固定管板式换热器产生温差应力的原因,并说明消除温差应力的措施。（10分）4、为什么双鞍式支座的最佳位置为AW0.2L且尽可能使AW0.5R?（8分）I制鞍座得分得分评阅教师四、计算题：（15分）有一库存很久的氧气瓶，其材质为16MnR,圆筒体外径为Do=219mm,系无缝钢管收口而成，实测其最小壁厚为6.5mm,已知材料的＜yb=540MPa,crs=260MPa,设计温度为常温。今欲充15MPa的压力使用，问强度是否够？如果强度不够，该氧气瓶的最大允许工作压力是多少？（取C2=1mm）得分评阅教师五、分析题（10分）：对于内压和外压操作的塔设备，它们的最大组合轴向压应力各出现在什么工况下？给出简单计算公式，并绘出危险截面2—2（塔体与裙座连接焊缝处的截面）上的应力分布图。（2007至2008学年第2学期）化工设备机械基础期末课堂大作业（A）评分标准命题教师:适用班级:判断题：（每题2分，共计20分，正确的填"T',错误的填"F”）题号12345678910所选答案FFTTTFTFFT、选择题：（每题2分，共计20分）题号12345678910所选答案abcbcacabc三、问答题：（共计35分）1、写出无力矩理论的两个方程，并说明式中字母的含义及两个方程的应用条件。（10分）答题要点薄膜应力的两个方程6分微体平衡方程式一-三=卫RiR2区域平衡方程式；「m二四2、仃卬一经向应力，MPa仃日一环向应力，MPaTOC\o"1-5"\h\zRi—壳体中曲面在所求应力点的第一曲率半径，mm;R上一壳体中曲面在所求应力点的第二曲率半径，mm;8—厚度，mm;P一气体压力，MPa①应用条件4分1）回转壳体曲面在几何上是轴对称，壳体厚度无突变；曲率半径是连续变化的,材料是各向同性的，且物理性能（主要是E和小）应当是相同的；2）载荷在壳体曲面上的分布是轴对称和连续的；3）壳体边界的固定形式应该是自由支承的；4）壳体的边界力应当在壳体曲面的切平面内，要求在边界上无横剪力和弯矩。5）6/Di<0.1

TOC\o"1-5"\h\z2、什么叫外压圆筒的临界压力？影响临界压力的因素有哪些？（7分）①导致筒体失稳时的最小压力称为该筒体的临界压力。4分②影响临界压力的因素：3分1）筒体几何尺寸的影响；2）筒体材料性能的影响；3）筒体椭圆度和材料不均匀性的影响。3、画图说明固定管板式换热器产生温差应力的原因，并说明消除温差应力的措施。（10分）答：①温差应力产生的原因6分如图所示,固定管板式换热器的壳/体与管子，在安装温度下，它们的长度均为L（图a）;当操作时（图b）,壳体和管子的温度都升高，若管壁温度高于壳壁温度，则管子自由伸长量，和壳体自由伸长量缸分别为-=:（t.-t）L、二：（t-t）L式中\,%一分别为管子和壳体材料的温度膨胀系数，1/C；t,，tf—分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度，C由于管子与壳体是刚性连接，所以管子和壳体的实际伸长量必须相等，见图c,因此就出现壳体被拉伸，产生拉应力；管子被压缩，产生压应力。此拉、压应力就是温差应力。这就是温差应力产生的原因。②消除温差应力的措施4分1）减少壳体与管束间的温度差2）装设挠性构件3）使壳体和管束自由热膨胀4）双套管温度补偿4、为什么双鞍式支座的最佳位置为AW0.2L且尽可能使AW0.5R?（8分）1）为减少支座处筒体最大弯矩，使其应力分布合适，使支座跨距中心与支座最大弯矩相等（Mi=M2）,据此推导出的支座中心与封头切线间的距离A=0.207L（L一筒体长度），如果设计偏离此值，则支座处的轴向弯曲应力将显著增加；.3分2）封头的刚性一般较筒体大，对筒体有局部加强作用，试验证明，当A00.5R时，封头对筒体才有加强作用，因此支座的最佳位置应在满足A<0.2L的条件下，尽量使A<0.5R3分3）当A>0.5Ri或筒体无加强措施而刚性不足时，在周向弯矩的作用下，鞍座处筒体上将产生“扁塌”现象：使鞍座上筒体发生变形，犹如“扁塌”鞍座处筒体不起承载作用，成为无效区（图），这不但会使鞍座处筒体中的各种应力增大，而且还会使轴向组合应力、切向剪应力和周向组合压应力最大值的作用点下移。2分在一个不加强的壳体中这个区蟆对承受物向弯曲是无效的.困6-27承受弯矩的无效和有效截面四、计算题：（15分）解：（1）确定参数一5分Pr=15MPaDo=219mmSn=6.5mmbI'=—=-=180MPanb3LI，仃s260.ni-61=——==162.5MPans1.6取许用应力为tr]'=162.5MPa*=1（无缝钢管），取腐蚀裕量C2=1mmC=Ci+C2=0+1=1（mm）（因为已知最小壁厚为6.5mm,故不再计入负偏差Ci）Se=Sn-C=6.5-1=5.5mm（2）强度校核..5分0八广2Set15(219-5.5)二==291.1MPa25.5可见仃t=291.1Mpa>b】'1=162.5Mpa,所以该氧气瓶用于15Mpa的压力下强度不够，不安全，须改变用途降压使用。(3)确定最高允许工作压力5分2[O1tse21625155[pw]=[1e=21=8.37MPaDo-Se219-5.5该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa五、分析题(10分)：对于内压和外压操作的塔设备，它们的最大组合轴向压应力各出现在什么工况下？给出简单计算公式，并绘出危险截面2—2(塔体与裙座连接焊缝处的截面)上的应力分布图。分析题：答题要点①