《化工设备机械基础》练习题
一、判断题
1、在所有封头中，平板封头的承压能力最差，球形封头的承压能力最好。（）
2、弹性模量和泊讼比是材料重要的力学性能，二者均不随着温度的变化而变化。（）
3、内压薄壁圆筒的薄膜应力与壁厚成反比，当容器材质和内部介质压力一定时，厚度大的容器壁内应力总小于壁厚小的容器。（）
4、根据弹性失效理论，容器器壁内某一处的最大应力达到材料设计温度下的屈服极限时，容器即宣告失效。（）
5、安全系数是一个不断发展变化的数据，随着科学技术的发展，其值将逐渐减小。（）
6、从承压角度考虑，半球型封头最理想，并且用料最省，在对封头选择时应优先考虑。（）
7、按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力沿壁厚均匀分布。（）
8、金属垫圈的材料一般并不要求强度高，而是要求其软韧。（）
9、无缝钢管用做容器的筒身时，其公称直径指的是外径。（）
10、梁上如果只有集中力偶作用，则截面上的内力只有弯矩没有剪力。（）
11.由钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径指的是它们的内径。（）
12、在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆孔的长轴与筒体轴线平行。（）
13、法兰密封中，法兰的强度和刚度具有同等重要的意义。（）
14、法兰联接中，预紧密封比压越大，则工作时可有较大的工作密封比压，有利于保证密封。（）
15、外压长圆筒在长径比一定的情况下，设置的加强圈数量越多，其临界压力越高。（）
16、材料的弹性模量和泊讼比一般随着温度的变化而变化。（）
二、填空题
1、组成机器、设备的构件在外力作用下若能够安全可靠地进行工作，则需要满足的力学条件是：、和。
2、法兰联接结构一般是由、、三部分组成。在制定法兰标准尺寸系列时，是以材料，在℃时的机械性能为基础的。
3、外压圆筒加工制造时，要求其椭圆度e≤，设计外压圆筒时现行的稳定安全系数m= ，外压圆筒中设加强圈的目的是将圆筒转化为圆筒，在设计计算时外压容器的焊缝系数Ф= 。
4、边缘应力又叫，其产生的原因是，它具有
和两个性质。
5、在椭圆形封头和碟形封头上开孔时，应尽量开在封头的部位附近，并且要求孔边与封头边缘之间的投影距离不小于封头内径的。
6、常温工作的压力容器在投入生产之前进行压力试验的目的是，根据试验中所采用介质的不同可分为和。
椭圆形封头的长短轴之比a/b依次为、、时，其赤道圆上的环向应力分别为σθ＞0,σθ＝0,σθ＜0。
7、有一容器，其最高工作压力1.6MPa, 工作温度t≤150℃且装有安全阀，则该容器的设计压力P d= MPa;水压试验压力P T= MPa。
8、常用的压力容器开孔补强设计的原则是，通常采用的补强结构有、、。
9、容器设计参数中，设计温度尽管不直接反映在强度计算公式中，但它是.和一个不可缺少的参数。
三、解释名词
1、薄壁容器
2、疲劳强度
3、泊松比
4、无力矩理论（薄膜理论）
5、第二曲率半径
6、轴向失稳
7、边缘应力
8、弹性压缩失稳
9、塑性失效补强原则10、临界长度
11、计算长度12、名义厚度 13、第一曲率半径14、名义屈服极限15、垫片密封比压力
16、蠕变17、低碳素钢18、第三强度理论19、第四强度理论20、切应力互等定理
四、试分析拉伸试验时低碳素钢试件出现滑移线的原因。
五、简述提高梁的弯曲强度和刚度的措施。
六、计算题
1、如图所示，直径为50mm 的实心梁上受到一均布载荷和一力偶的作用。（1）列出剪力方程和弯
距方程，（2）画出剪力图和弯矩图，（3）求危险横截面上最大正应力 （附图在后）答案
()??
?≤≤-≤≤=m
x m x m
x m kN x Q 15.0225.00.1 MPa 224m ax =σ
()?
??≤≤--≤≤-=m x m x x m
x x x M 15.0125.0075.22
2、悬臂吊车如图所示。横梁用20a 工字钢制成。其抗弯刚度 W z = 237cm 3,横截面面积 A =35.5cm 2，总荷载F = 34kN ，横梁材料的许用应力为[σ]=125MPa 。校核横梁AB 的强度。
（附图在后）
答案
3、设计一台圆筒形受压容器，內径di=1400mm ，长度为3000mm 两端为标准椭圆形封头，容器材质为16MnR ，取C 2=2 mm ，工作温度t=280℃，设计压力P=1.76Mpa 。试对筒体和封头进行设计。（取Φ=0.85， 〔σ〕t =148.8Mpa ，σS =345MPa ，〔σ〕=170Mpa ） 答案 mm n 14=δ液压强度满足
4、确定一外压圆筒的壁厚。已知：设计压力 ， ， 设计温度 ，取壁厚附加量 ，材料16MnR 。取 。 (附图在后) 答案 12mm
5、一蒸汽锅炉承受最大压强为p , 圆筒部分的内径为D ，厚度为 t , 且 t 远小于D . 试用第四强度理论校核圆筒部分内壁的强度. 已知 p=3.6MPa ，t=10mm ，D=1m ，[σ]=160MPa. 答案
MPa p 2.0=mm D i 1800=C t
250=122C C C mm
=+=0.2c p p MPa ==]
[MPa 1554r σ<=σ]
[MPa 37.94m ax σσ<=c
（第1题图）
（第4题图）
6、一个低合金钢内压反应釜，内径mm D i 1000=，工作压力MPa 0.2（装有安全阀），工作温度C 0300，釜体采用单面手工电弧焊（有垫板）
，全部无损探伤，内部介质有轻微腐蚀性，（1）试设计反应釜筒体壁厚，并校核水压试验强度。（2）设计封头壁厚。（[]MPa t
144=σ []MPa 170=σ MPa s 345=σ，()
s e
e i T T D p ?σδδσ9.02≤+=）
7.低碳钢外压圆筒，外径mm D 10400=，测量壁厚为mm 20，内部介质无腐蚀性，钢板负偏差
mm C 8.01=，筒体长mm 5000，两侧为椭圆封头，凸面高度mm 300，求该筒体的许用外压。（弹
性模量为MPa 5
102?）（6分）
8.已知
GPa E 200=，梁的直径为50mm ，m kN M .2=，m a 2.0=，m L 3.0=，求危险横截面上最大正应力，并求悬
臂梁的挠曲线方程和自由端的挠度和转角。（12分）
C
第5题
9、设计常压蒸发干燥器。干燥器内径为500mm ，筒身长为3000mm 。其外装夹套的内径为600mm ，夹套内通以0.6MPa 的蒸汽，蒸汽温度为160℃。材质均选用Q235-C.设计筒身及夹套的壁厚。
课件
10、一起重量原为50kN 的单梁吊车，其跨度为10.5m ，由45a 号工字钢制成。为发挥其潜力，现将其起重量提高到Q=70kN,试校核梁的强度。若强度不够，再计算其可能承载的起重量。已知梁的材料许用应力为140MPa,电葫芦重G=15kN,梁自重不计。 课件
11、一T 形截面外伸梁受力如图所示，已知横截面上yc=48mm ，IZ=8.293×10-6m4许用拉应力[σt]为30MPa,许用压应力[σc]为60MPa ，试校核此梁的正应力强度。
a
b
12、如图所示的简支梁在 C 点处受矩为m 的集中力偶作用，试作此梁的的剪力图和弯矩图，求出Q max 和M max 。（附图在后） Q max =m/l M max =mb/l
13、有一库存很久的氧气瓶，其材质为16MnR,圆筒体外径为D o =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σb =540 MP a,σs =260 MP a,设计温度为常温。今欲充15MP a 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？（n b =3.0,
R m
C
N B
n s =1.6 取C 2=1mm ）
解：（1）确定参数……………………………………………………………..5分
P =15MPa Do =219mm Sn =6.5mm
[]σ =b b n σ=3540
=180MPa
[]σ =s s n σ=6.1260
=162.5MPa
取许用应力为[]σ=162.5MPa
φ=1(无缝钢管) ,取腐蚀裕量 C 2=1mm
C= C 1 +C 2=0+1=1(mm)(因为已知最小壁厚为6.5mm,故不再计入负偏差C 1)
Se =Sn-C=6.5-1=5.5mm
（2）强度校核……………………………………………………………..5分
t σ=e e o C S S D P 2)
(-≤[]σφ
t σ= 5.52)5.5219(15?-?=291.1MPa
可见t
σ=291.1Mpa ＞[]σφ=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
=][w p e o e t S D S -φσ][2=5.52195
.515.1622-???=8.37MPa
该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa
t σ=291.1Mpa ＞[]σφ=162.5Mpa,所以该氧气瓶用于15Mpa 的压力下强度不够, 该氧气瓶的最大安全使用压力为8.37MPa
14、如图所示，直径为40mm 的实心梁上受到一均布载荷和一力偶的作用。（1）列出剪力方程和弯距方程，（2）画出剪力图和弯矩图，（3）求危险横截面上最大正应力（附图在后）
15、有一台液氮罐，直径为Di=800mm，整个罐体计算长度L=1500mm，有效厚度бe=2mm，材质为0Cr18Ni10Ti，由于其密闭性能要求较高，故须进行真空试漏，试验条件为绝对压力10-3mmHg，问不设置加强圈能否被抽瘪？如果需要加强圈，则需要几个？壁厚附加量C=2mm，Et=1.95×105MPa (附图在后)不设置加强圈会被抽瘪至少需设三个加强圈
16、某厂库存一台内径为1000mm、长为26000mm的圆筒形容器，实测该容器的筒体厚度为10mm，两端为标准椭圆形封头，焊缝采用双面对接焊，材料为0Cr18Ni10Ti。由于该设备出厂说明书不全，试问该容器是否可作为计算压力为2MPa、温度为250℃、介质无腐蚀的分离器？课件
课本上的例题及课后题：
例题2-6 例题2-7 课后题2-7 例题3-4 例题4-6 例题4-9
课后题4-1（b）（g）（h）（m），4-8 例题5-2 例题5-5
例题8-1 例题8-2 课后题8-6 例题9-1 例题9-2 例题9-3 例题10-1
例题11-1 例题11-2
指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量
Ａ组
B组：