过程装备基础第2章习题解(新)
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机械制造工艺学部分习题解答2第二章:机械加工工艺规程设计(第3版P94)2-1何谓机械加工工艺规程?工艺规程在生产中起何作用?概念题,见教材P25.2-2简述机械加工工艺过程卡和工序卡的主要区别以及它们的应用场合?概念题,见教材P25.2-3简述机械加工工艺过程的设计原则、步骤和内容。
见教材P25-31.2-4试分析图所示零件有哪些结构工艺性问题并提出正确的改进意见。
解:1)键槽设置在阶梯轴90°方向上,需两次装夹加工。
将阶梯轴的两个键槽设计在同一方向上,一次装夹即可对两个键槽加工。
2)车螺纹时,螺纹根部易打刀;且不能清根。
设置退刀槽,可使螺纹清根;操作相对容易,可避免打刀。
3)两端轴颈须磨削加工,因砂轮圆角而不能清根;设置退刀槽,磨削时可以清根。
2-7何谓经济精度?选择加工方法时应考虑的主要问题有哪些?答:(P34)经济精度——在正常加工条件下(采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人,不延长加工时间)所能保证的加工精度和表面粗糙度。
选择加工方法时应考虑(P35):根据零件表面、零件材料和加工精度以及生产率要求,考虑本厂现有的工艺条件,考虑加工经济精度等因素。
2-8在大批量生产条件下,加工一批直径为,长度为58mm的光轴,其表面粗糙度,材料为45钢,试安排其加工路线。
答:粗车——半精车——粗磨——精磨——精密磨削。
2-9图4-71所示箱体零件的两种工艺安排如下:(1)在加工中心上加工:粗、精铣底面;粗、精铣顶面;粗镗、半精镗、精镗Φ80H7孔和60H7孔;粗、精铣两端面。
(2)在流水线上加工:粗刨、半精刨底面,留精刨余量;粗、精铣两端面;粗镗削、半精镗Φ80H7孔和60H7孔,留精镗余量;粗刨、半精刨、精刨顶面;精镗Φ80H7孔和60H7孔;精刨底面。
试分别分析上述两种工艺安排有无问题,若有问题请提出改进意见。
答:(1)应在先加工底面、顶面之后,加工两端面,因为底面、端面是定位表面,定位表面加工之后,再进行镗孔。
第一章控制系统的基本概念1.什么叫生产过程自动化?生产过程自动化主要包含了哪些内容?答:利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。
主要包含:①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。
2.自动控制系统主要由哪几个环节组成?自动控制系统常用的术语有哪些?答:一个自动控制系统主要有两大部分组成:一部分是起控制作用的全套自动控制装置,包括测量仪表,变送器,控制仪表以及执行器等;另一部分是自动控制装置控制下的生产设备,即被控对象。
自动控制系统常用的术语有:被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数,即需要控制的工艺参数,如锅炉汽包的水位,反应温度;给定值(或设定值)y s——对应于生产过程中被控变量的期望值;测量值y m——由检测原件得到的被控变量的实际值;操纵变量(或控制变量)m——受控于调节阀,用以克服干扰影响,具体实现控制作用的变量称为操纵变量,是调节阀的输出信号;干扰f——引起被控变量偏离给定值的,除操纵变量以外的各种因素;偏差信号(e)——被控变量的实际值与给定值之差,即e=y m - y s 控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。
3.什么是自动控制系统的方框图?它与工艺流程图有什么不同?答:自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。
其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。
采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系,以便对系统特性进行分析和研究。
而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。
4.在自动控制系统中,什么是干扰作用?什么是控制作用?两者有什么关系?答:干扰作用是由干扰因素施加于被控对象并引起被控变量偏离给定值的作用;控制作用是由控制器或执行器作用于被控对象,通过改变操纵变量克服干扰作用,使被控变量保持在给定值,两者的相同之处在于都是施加于被控对象的作用,不同之处在于干扰作用是使被控变量偏离给定值,而控制作用是使被控变量接近给定值。
过程流体机械第二版(李云姜培正著)课后答案下载过程流体机械第二版(李云姜培正著)内容简介1 绪论1.1过程流体机械1.1.1过程与生产过程1.1.2过程装备1.1.3过程流体机械1.2流体机械的分类1.2.1按能量转换分类1.2.2按流体介质分类1.2.3按流体机械结构特点分类1.3气体性质和热力过程1.3.1气体状态方程1.3.2气体热力过程1.3.3气体其他性质1.4压缩机概述1.4.1压缩机的分类与命名1.4.2压缩机的用途1.4.3各种压缩机的特点和适用范围1.4.4 压缩机的一些术语和基本概念1.5 流体机械的发展趋势1.5.1 创造新的机型1.5.2 流体机械内部流动规律的研究与应用 1.5.3 高速转子动力学的研究与应用1.5.4 新型制造工艺技术的发展1.5.5 流体机械的自动控制1.5.6 流体机械的故障诊断1.5.7 实现国产化和参与国际市场竞争2 容积式压缩机2.1 往复压缩机基本构成和工作过程2.1.1 基本构成和工作原理2.1.2 压缩机级的工作过程2.2 往复压缩机热力和动力性能2.2.1 压缩机的热力性能和计算2.2.2 压缩机的动力性能和计算2.3 往复压缩机气阀和密封2.3.1 气阀组件2.3.2 工作腔滑动密封2.4 往复压缩机调节和其他附属系统 2.4.1 压缩机的容积流量调节2.4.2 压缩机润滑与润滑设备2.4.3 压缩机冷却和冷却设备2.4.4 气体管路和管系设备2.5 往复压缩机选型和结构实例2.5.1 结构形式选择及分析2.5.2 结构参数选择及影响2.5.3 压缩机的驱动机选择2.5.4 压缩机典型结构实例2.5.5 选型计算实例2.6 回转式压缩机2.6.1 螺杆压缩机2.6.2 单螺杆压缩机2.6.3 滑片压缩机2.6.4 液环压缩机(真空泵)2.6.5 罗茨鼓风机3离心压缩机3.1离心压缩机的典型结构与工作原理 3.1.1离心压缩机的典型结构与特点 3.1.2离心压缩机的基本方程3.1.3级内的各种能量损失3.1.4多级压缩机3.1.5功率与效率3.1.6三元流理论与三元叶轮的应用 3.2性能、调节与控制3.2.1离心压缩机的性能3.2.2相似理论在离心压缩机中的应用 3.2.3压缩机的各种调节方法及其特点 3.2.4附属系统3.2.5压缩机的控制3.3安全可靠性3.3.1叶轮强度3.3.2转子临界转速3.3.3轴向推力的平衡3.3.4抑振轴承3.3.5轴端密封3.3.6离心压缩机机械故障诊断3.4选型3.4.1选型的基本原则3.4.2选型分类3.4.3选型方法3.4.4选型示例4泵4.1泵的分类及用途4.1.1泵的分类4.1.2泵的用途4.2离心泵的典型结构与工作原理4.2.1离心泵的典型结构、分类及命名方式 4.2.2离心泵的工作原理及基本方程4.3离心泵的工作特性4.3.1离心泵的汽蚀及预防措施4.3.2离心泵的.性能及调节4.3.3离心泵的启动与运行4.3.4相似理论在泵中的应用4.4其他泵概述4.4.1轴流泵4.4.2旋涡泵4.4.3杂质泵4.4.4往复活塞泵4.4.5螺杆泵4.4.6滑片泵4.4.7齿轮泵4.5泵的选用4.5.1泵的选用原则及分类4.5.2选用方法及步骤4.5.3泵的选用示例5离心机5.1离心机的典型结构及工作原理5.1.1非均一系的分离及离心机的典型结构5.1.2分离因数和离心力场的特点5.1.3沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程 5.1.4过滤离心机的有关计算5.1.5离心机的分类5.2过滤离心机与沉降离心机5.2.1过滤离心机5.2.2沉降离心机5.3离心机的选型5.3.1选型的原则5.3.2选型的依据5.3.3选型的基本方法过程流体机械第二版(李云姜培正著)图书目录《过程流体机械》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,是出版的《过程流体机械》的第二版,本版保留了第一版的编排结构,对部分内容进行了更详细的分析和阐述,还添加了反映近年来的过程流体机械新成果的内容。
习题参考答案第一章1-1. 略。
1-2. 杆BC 为二力杆,N BC =8.64kN ,BC 杆受压。
梁AB 在铰链A 处所受约束反力:N A X =-6.11kN ,N A Y =2.89Kn 。
1-3. 1.575kN (压力)。
1-4. N A X =G/2,N A Y =G ;N BX =G/2,N B Y =0;N C X =G/2,N C Y =G 。
1-5. 11.25kN 。
1-6. 杆EF 和CG 均为二力杆,N EF =0.943kN ,N CG =-0.167kN ;A 处约束反力:N A Y =0.667kN ,N A Y =0.5kN 。
1-7. γGbl 2=。
1-8. 51.76N 。
1-9. 22kN 。
1-10. 固定铰链给予轮子一个大小为P 方向向上的约束反力,与轮边缘作用的向下的力P 形成一个力偶,这样才能与轮子所受的力偶相平衡。
1-11. (1)塔底约束反力:N A x =17.4kN ,N A y =243.5kN ,M =202.2kN ·m ;(2)N A x =6.39kN ,N A y =23.5kN ;N B x =6.39kN ,N B y =0。
第二章2-1. 两边200mm 段中的应力为100MPa ,应变为0.0005,伸长量为0.1mm ;中段应力为60MPa ,应变为0.0003,伸长量为0.06mm ;总伸长为0.26mm 。
2-2. 略。
2-3. 细段应力127.4 MPa ,粗段应力38.2 MPa ,总伸长量为0.733mm 。
2-4. AB 杆中的应力110.3 MPa ,BC 杆中的应力31.8 MPa ,均小于许用应力,故支架是安全的。
2-5.(1)x=1.08m ;(2)杆1中的应力44 MPa ,杆2中的应力33 MPa 。
2-6. 活塞杆直径d ≥62mm ,可取d =62mm ,螺栓个数n ≥14.8,取n=16(偶数)。
第一章习题与思考题:1.为什麽机械制造装备在国民经济发展中占有重要作用?2.机械制造装备与其它工业装备相比,特别强调应满足哪些要求,为什麽?3.柔性化指的是什麽?试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心、和柔性制造系统的柔性化程度。
其柔性表现在哪里?4.机械制造装备的精密度越来越高,也就是说新造出来的机械制造装备要比制造它用的现有机械制造装备精度要高,如何解决用精密度较差的机械制造装备制造出精密度较高机械制造装备来?5.我国人口多,劳动力资源比较丰富,目前尚有不少下岗人员没有安排工作,实现自动化与更多地提供就业机会之间是否存在矛盾,为什麽?6.机械制造装备的机电一体化体现在哪些方面?可获得什麽好处?7.对机械制造装备进行现代化改造的主要内容有哪些?8.工业工程指的是什麽?如何在设计机械制造装备时体现工业工程的要求?第二章习题与思考题:1.机械制造装备设计有哪些类型?它们的本质区别是什麽?2.创新设计的步骤是什麽?为什麽应重视需求分析和可行性论证?3.你能以一个实际例子说明功能结构的建立、原理解的寻求和初步设计方案的形成过程。
4.哪些产品宜采用系列化设计方法,为什麽?有哪些优缺点?5.系列化设计时主参数系列公比的选取原则是什麽?公比选得过大或过小会带来哪些问题?6.哪些产品宜采用模块化设计方法,为什麽?有哪些优缺点?7.设计的评价方法很多,结合机械制造装备设计,哪些评价方法较为重要?为什麽?8.有些方案的技术评价较高。
但经济评价一般或不好,有些方案可能是相反的情况,如何对这些方案进行综合评价?9.可靠性指的是什麽?有哪些可靠性衡量指标,它们之间有哪些数值上的联系?10.从系统设计的角度,如何提高产品的可靠性?11.在机械制造装备设计中用到哪些人机工程学的概念和方法,解决了什麽问题?12.举例说明为什麽机械加工工艺性的评价应依据制造厂的生产条件,没有一个绝对的标准?第三章思考题与习题:1.机床设计应满足哪些基本要求,其理由是什么?2.机床设计的主要内容及步骤是什么?3.机床设计的基本理论有哪些?其定义、原理、要求如何?4.机床系列型谱的含义是什么?5.机床的基本工作原理是什么?6.工件表面的形成原理是什么?7.工件表面发生线的形成方法有哪些?8.工件表面的形成方法是什么?9.机床的运动功能有哪些?10.机床的主运动与形状创成运动的关系如何?进给运动与形状创成运动的关系如何?11.机床上的复合运动、内联系传动链、运动轴的联动的含义及关系如何?12.机床运动功能方案设计的方法及步骤如何?13.数控机床的坐标系如何选取?14.机床的运动功能式和运动功能图表达的含义是什么?15.虚拟轴机床的原理是什么?有哪些特点?16.分析图3-14所示各种机床的运动功能图,说明各个运动的所属类型、作用及工件加工表面的形成方法。
1. 第2章 构件受力分析与平衡理论2-5 图(a )所示为一管道支架ABC ,A 、C 处为固定铰链约束,杆AB 和杆CB 在B 处铰接。
已知两管道的重量均为G=4.5kN ,图中尺寸单位均为mm 。
试求管架中杆AB 和杆BC 所受的力。
解:(1)根据题意,画出受力图如图(b )所示。
(2)求解约束力和杆BC 所受的力∑=0xF ,045cos =+BC AX N N (1) ∑=0y F ,045sin 2=++-AYBC N N G(2)∑=0A M ,012.145sin 12.14.0=⨯+--BCN G G (3)由方程(3)解得 )(64.812.145sin 5.412.15.44.0kN N BC =⨯⨯+⨯=代入方程(2)得 kN N G N BC Ay89.245sin 2=-=代入方程(1)得 kN N N BC AX 11.62264.845cos -=⨯-=-=(负号表示与假设方向相反)2-6 某塔侧操作平台梁AB 上作用着分布力q=0.7kN/m 。
横梁AB 和撑杆CD 的尺寸如图(a )所示,试求撑杆CD 所受的力。
解:(1)根据题意,画受力图如图(b )所示。
(a) (b)题2-5图GAX NAY NAB45GBC N(2)求撑杆CD上的力∑=0AM,0130sin25.01)5.01(=⨯+++-CDNq解以上方程得kNNCD575.1130sin2/)5.01(7.02=⨯+=2-7 图(a)所示支架ABC由均质等长杆AB和BC组成,杆重为G。
试求A、B、C处的约束力。
解:(1)根据题意,画出整个支架ABC的受力图和支架AB的受力图,如图(b)和图(c)所示。
(a)(b)(c)题2-7图(2)设两均质杆的长度为l,取整个支架ABC作为研究对象,则有:∑=0xF,0=-CXAXNN(1)由方程(1)解得CXAXNN=∑=0yF,02=+-CYAYNGN(2)∑=0AM,)45cos45cos()45cos245cos(45cos2=+⋅++⋅-⋅-llNllGlGCY(3)由方程(3)解得GNCY=代入方程(2)得GNAY=题2-6图(3)取AB杆为研究对象:∑=0BM,045sin45cos45cos2=+-lNlNlGAXAY2=+-lNGllGAX22GllGGlNAX=-=∑=0xF,0=-BXAXNN2GNNBXAX==∑=0yF,0=--BYAYNGN=BYN2-9 梯子由AB与AC两部分在A处用铰链连接而成,下部用水平软绳连接,如图(a)所示。
《过程设备设计基础》习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业《过程设备设计基础》课程的教学参考用书。
本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成,旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解,巩固所学的知识,提高分析和解决工程设计问题的能力,因此编写过程中力求选题广泛,突出重点,注重解题方法和工程概念的训练。
本书与《过程设备设计基础》教材中各章教学要求基本对应。
各章中包含思考题和习题。
目录第一章压力容器导言 (2)第一章思考题 (2)第二章压力容器应力分析 (3)第二章思考题 (3)第二章习题 (7)第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响 (13)第三章思考题 (13)第四章压力容器设计 (14)第四章思考题 (14)第四章习题 (16)第五章储存设备 (19)第五章思考题 (19)第五章习题 (19)第一章压力容器导言1.1压力容器总体结构,1.2压力容器分类,1.3压力容器规范标准。
第一章思考题思考题1.1.压力容器主要有哪几部分组成?分别起什么作用?思考题1.2.介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响?思考题1.3.《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时,为什么不仅要根据压力高低,还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类?思考题1.4.《压力容器安全技术监察规程》与GB150的适用范围是否相同?为什么?思考题1.5.GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同?他们的适用范围是什么?思考题 1.6.化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点?为什么压力容器的安全问题特别重要?思考题1.7.从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求?思考题 1.8.为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低,还要考虑压力乘容积PV的大小?思考题1.9.毒性为高度或极度危害介质PV>0.2MP a·m3的低压容器应定为几类容器?思考题1.10.所谓高温容器是指哪一种情况?第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析,2.2回转薄壳应力分析,2.3 厚壁圆筒应力分析,2.4 平板应力分析,2.5 壳体的稳定性分析,2.6 典型局部应力。
《机械制造装备设计》第3版第二章习题参考答案2-1 何谓转速图中的一点三线?机床的转速图表示什么?转速图包括一点三线:转速点,主轴转速线,传动轴线,传动线。
⑴转速点 主轴和各传动轴的转速值,用小圆圈或黑点表示,转速图中的转速值是对数值。
⑵主轴转速线 由于主轴的转速数列是等比数列,所以主轴转速线是间距相等的水平线,相邻转速线间距为ϕlg 。
⑶传动轴线 距离相等的铅垂线。
从左到右按传动的先后顺序排列,轴号写在上面。
铅垂线之间距离相等是为了图示清楚,不表示传动轴间距离。
⑷传动线 两转速点之间的连线。
传动线的倾斜方式代表传动比的大小,传动比大于1,其对数值为正,传动线向上倾斜;传动比小于1,其对数值为负,传动线向下倾斜。
倾斜程度表示了升降速度的大小。
一个主动转速点引出的传动线的数目,代表该变速组的传动副数;平行的传动线是一条传动线,只是主动转速点不同。
转速图是表示主轴各转速的传递路线和转速值,各传动轴的转速数列及转速大小,各传动副的传动比的线图。
2-2 结构式与结构网表示机床的什么内容?只表示传动比的相对关系,主轴转速的传递路线,而不表示传动轴(主轴除外)转速值大小的线图称为结构网。
结构式是结构网的数学表达式或等比数列变速系统原理数学表达式。
2-3等比传动系统中,总变速范围与各变速组的变速范围有什么关系?与主轴的转速级数有什么关系?总变速范围为R r r r r j P P P P Z J ===--01211012ΛΛϕϕ2-4 等比传动系统中,各变速组的级比指数有何规律? 第j 扩大组的级比指数为x P P P P j j =-0121Λ()2-5 拟定转速图的原则有哪些? 1. 极限传动比、极限变速范围原则 一般限制最小传动比为min i ≥1/4;为减少振动,提高传动精度,直齿轮的最大传动比i max≤2,斜齿圆柱齿轮max i ≤2.5;直齿轮变速组的极限变速范围是842=⨯=r斜齿圆柱齿轮变速组的极限变速范围为1045.2=⨯=r2. 确定传动顺序及传动副数的原则从传动顺序来讲,应尽量使前面的传动件多一些。
思考题与习题解答第1章专机总体设计1.1 专机应满足哪些基本要求?答:专机应满足下列基本要求:1) 工艺范围; 2) 加工精度; 3) 生产率和自动化程度; 4) 可靠性; 5) 操作方便、工作完全;6) 造型美观、减少污染。
1.2 专机设计的步骤是什么?答:大体上可分为以下四个阶段:1) 调查研究; 2) 总体方案设计; 3) 工作图设计; 4) 试制鉴定。
1.3 专机的总体方案设计包括哪些内容?答:具体内容如下:1) 调查研究; 2) 专机的总体布局; 3) 工艺分析; 4) 确定专机的主要技术参数。
1.4 总体布局的内容是什么?答:内容是按工艺要求决定机床所需的运动,确定机床的组成部件,以及确定各个部件的相对运动和相对位置关系,同时也要确定操纵、控制机构在机床中的配置,并作出机床的总联系尺寸图。
1.5 为何在总体方案设计中工艺分析是十分重要的?答:工艺分析首先确定该专机所采用哪一种的工艺方法,工艺方法又是多种多样的,它对机床的结构和性能的影响很大。
工艺方法的改变将导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。
不同的工艺方法,必然会使机床的结构、运动、传动等有所不同。
因此,在总体方案设计中工艺分析就显得十分重要的。
1.6 专机的运动有哪几种类型?运动分配的原则是什么?答:按其运动的功用可分为表面成形运动和辅助运动两大类。
表面成形运动又可分为主运动和进给运动两类。
运动分配的原则应考虑下列几项:1) 简化机床的传动和结构; 2) 提高加工精度; 3) 缩小机床占地面积。
1.7 主轴转速数列有哪几种类型?分别适用于什么场合?答:主轴转速数列采用等比级数、等差级数、对数级数等类型排列。
一般情况下,在主运动系统中主轴转速采用等比级数排列; 在进给运动系统中采用按等差级数排列的数列。
1.8专机的功率确定方法有哪几种?目前常用的方法是什么?答:有3种方法:1) 类比法; 2) 实侧法; 3) 计算法。
3-5解:以下所有求解均以梁最左端为坐标原点,以轴中心线为x 轴,建立坐标系,利用静力平衡方程求解。
(a )求支座B 的约束反力,由静力平衡方程得:ql ql P R B 2=+=取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下: )0()()(l x x l q qx P Q <<+⋅-=+-=)0(212122l x qlx qx qx x P M ≤≤--=-⋅-=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(a ),从图中可知: 剪力最大值为 ql Q 2max = 弯矩最大值为 2max23ql M=(b )先求支座A 、B 约束反力,由静力平衡方程得:laP R A ⋅-=(负号表示方向向下) ll a P R B )(+⋅=取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AB 段:)0(l x laP R Q A <<⋅-==)0(l x x laP x R M A ≤≤⋅⋅-=⋅=BC 段:)(a l x l PQ +<<=)()(a l x l x a l P M +≤<-+⋅=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(b ),从图中可知: 剪力最大值为 P Q =m a x 弯矩最大值为 a P M⋅=max(c )先求支座A 的约束反力,由静力平衡方程得: 0=A R , a P M A ⋅=取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AC 段:)0(0a x Q <<=)0(a x a P M ≤≤⋅= CB 段:)2(a x a PQ <<-=)2()2(a x a x a P M ≤<-⋅=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(c ),从图中可知: P Q =max ,a P M⋅=max(d )求支座A 、B 的约束反力,由静力平衡方程得:a q R a a q a R A A ⋅=⋅⋅=⋅41,212 a q a q a q R B ⋅=⋅-⋅=4341取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AC 段:)0(41a x a q R Q A <<⋅==)0(41a x x a q M ≤≤⋅⋅=CB 段:x q a q a x q a q a x q R Q A ⋅-⋅=-⋅-⋅=-⋅-=45)(41)()(21)(a x a x q x R M A -⋅⋅-⋅-⋅=2)(2141a x q x a q -⋅-⋅⋅=即 )2(45a x a qx a q Q <<-⋅=)2()(21412a x a a x q x a q M ≤<-⋅-⋅⋅=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(d ),从图中可知:qa Q 43max =maxM出现在0=Q 处,即a x 45=处, 2max329qa M =(e )求支座A 的约束反力,由静力平衡方程得:Pa a P a P M P R A A 32,=⋅+⋅=-=(顺时针) 取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AC 段:)0(a x PQ <<-=)0(3a x Px Pa M ≤≤-=CB 段:)2(a x a PQ <<-=)2()2(a x a x a P M ≤<-=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(e ),从图中可知: P Q =m a x ,Pa M3max=(f )求支座A 、B 约束反力,由静力平衡方程得: Pa Pa a P a R A 5234=+⋅=⋅,P R A 45= P P P P R B 47452=-+= 取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AC 段:)0(45a x P Q <<=)0(45a x Px M ≤≤=CD 段:)3(4145a x a P P P Q <<=-=)3(41)(45a x a Pa Px a x P Px M ≤<+=--=DB 段:)43(47a x a P Q <<-=)43()4(47a x a x a P M ≤<-=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(f ),从图中可知: P Q 47max =,a P M ⋅=47max(g )求支座A 的约束反力,由静力平衡方程得: 221,ql M qlR A A == (顺时针) 取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下: )0()(l x x l q qx R Q A <<-=-=)0(2123212122222l x qx ql qx ql ql M ≤≤-=-+=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(g ),从图中可知: ql Q =max ,2max23ql M= (h )求支座A 、B 的约束反力,由静力平衡方程得:0)2(2122=+⋅-⋅Pa a q a R A , 2qaR A =qa qa qa a q R B 25212=-+⋅=取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AB 段:)20(2a x qx qaQ <<-= )20(21212a x qxqax M ≤≤-= BC 段:)32(a x a qaP Q <<==)32()3()3(a x a a x qa x a P M ≤<-=--=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(h ),从图中可知: qa Q 23max = maxM则可能出现在a x 21=或a x 2=处: 22181|qa M a x ==, 22|qa M a x -== 故 2maxqa M= (i )求A 、B 反约束力,由静力平衡方程得:02212122=⎪⎭⎫⎝⎛+-l q ql l R A , ql R A 83=ql ql ll q R B 8983)2(=-+= 取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AB 段: )0(83l x qx ql Q <<-=)0(21832l x qx qlx M ≤≤-=BC 段:)23()23()2(l x l x l q x l l q Q <<-=-+=)23()23(212l x l x l q M ≤<--=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(i ),从图中可知: ql Q 85max = l x l x M ql l q l ql M ==<=⋅-⋅=|1289)83(218383|22832max81|ql M M l x ===图P4-1(a )图P4-1(b )图P4-1(c)图P4-1(d )3图P4-1(f )图P4-1(e )23图P4-1(g )图P4-1(h)图P4-1(i )(j )求A 、B 反约束力,由静力平衡方程得:0)(2)2(=⋅⋅-+⋅-+⋅a a q a a aq a a R A , qa R A 35=qa R qa a q R A B 342=-+⋅= 取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AC 段:)20(35a x qx qa qx R Q A <<-=-= )20(21352a x qx qax M ≤≤-=BC 段:)32(34a x a qa R Q B <<-=-=)32()3(34a x a x a qa M ≤<-=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(j ),从图中可知: qa Q 35max = 2235max1825)35(21)35(35|qa a q a qa M Ma x =⋅-⋅=== (k )求A 、B 反约束力,由静力平衡方程得:0)22(22124.542=+⨯⨯-⨯+⋅A R ,kN R A 3.1=kN R B 3.14.53.1)22(2=--+⨯=取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下(以下所求Q 的单位均为kN ,M 单位为m kN ⋅)AC 段:)20(23.1m x x qx R Q A <<-=-=)20(3.12122m x x x qx x R M A ≤≤-=-⋅=BC 段:)42(27.67.64.5m x m xqx qx R Q A <<-=-=-+=)2(4.5212-⨯+-⋅=x qx x R M A)42(8.107.6212m x m x qx ≤<-+-= 作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(k ),从图中可知:7.2max =Q , m kN M M m x ⋅===4.1|2max(l )由A 、B 支座具有完全对称性知,约束反力为:kN R A 3)141(21=++=kN R B 3=取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下(以下所求Q 的单位均为kN ,M 单位为m kN ⋅)CA 段:)10(1m x Q <<-=)10(1m x xx M ≤≤-=⋅-= AE 段:)21(213m x Q <<=-=)21(321)1(3m x x x x M ≤<-=⋅--⋅=EB 段:)32(2)341(m x Q <<-=-+-=)32(52)]1(3)2(41[m x x x x x M ≤<+-=---+⋅-=BD 段:)43(1m x Q <<=)43(4)4(1m x x x M ≤<-=-⋅-=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(l ),从图中可知:kN Q 2max =, m kN M⋅=1max(m )求支座C 、B 处的约束反力,对C 点取矩,由静力平衡得:02)2(2122=⋅-⋅+a R a q qa B qa qa qa R qa R C B 2123223=-==取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下:AC 段:)0(0a x Q <<= )0(2a x qa M ≤<=CB 段:)3(23)(21a x a qa qx a x q qa Q <<+-=--=22)(21)(a x q a x R qa M C ---⋅+=22)(21)(21a x q a x qa qa ---+=)3(23212a x a qaxqx ≤<+-= 作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(m ),从图中可知:qa Q 23max = 2max89qa M= (a x 23=处) (n )由对称性求得支座A 、B 处的约束反力为:kN R R B A 5)25(21=⨯⨯== 取距原点x 的任意截面,求得剪力方程和弯矩方程如下: AC 段:)20(5m x Q <<= )20(5m x xM ≤≤⋅=CD 段:)42(515)2(55m x x x Q <<-=-⨯-=)42(101525)2(521522m x x x x x M ≤<-+-=-⨯⨯-=DB 段:)64(5m x Q <<-=)64(530)6(5m x xx M ≤<-=-⨯=作出剪力图和弯矩图,见图P4-1(n ),从图中可知:kN Q 5max = m kN M Mx ⋅===5.12|3max图P4-1(j )图P4-1(k )图P4-1(l )图P4-1(m )图P4-1(n )5-1 解:(1)计算钢杆各段内的轴力、应力、绝对变形和应变从左到右取3段,分别为1-1、2-2、3-3截面,则根据轴力的平衡,得各段内的内力:(左)N 1=F=10kN(中)N 2=F-Q=10-4=6kN (右)N 3=F =10=10kN 各段内的应力:(左)MPa Pa A N 1001010010100101066311=⨯=⨯⨯==-σ (中)MPa Pa A N 6010601010010666322=⨯=⨯⨯==-σ (右)MPa Pa A N 1001010010100101066333=⨯=⨯⨯==-σ 各段内的绝对变形:(左)mm m EA L N l 1.0101.0)10100()102(2.0)1010(3653111=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==∆-- (中) mm m EA L N l 06.01006.0)10100()102(2.0)106(3653222=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==∆-- (右)mm m EA L N l 1.0101.0)10100()102(2.0)1010(3653333=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯==∆-- 题2-1图1 2 3 123各段内的应变:(左)41111052001.0-⨯==∆=L l ε (中)422210320006.0-⨯==∆=L l ε (右)43331052001.0-⨯==∆=L l ε (2)计算钢杆的总变形26.01.006.01.0321=++=∆+∆+∆=∆l l l l mm (3)画出钢杆的轴力图钢杆的轴力图见下图。
为什么说“材料的腐蚀是自发产生的”自然界中物质最稳定的存在状态是以金属化合物的形态存在..如:Fe 2O 3、FeS 、Al 2O 3等等..由于它们的强度、硬度、刚度等性能不能满足工业结构材料的要求;用冶金方法外加能量将它们还原成金属元素及其合金;它们比其化合物具有更高的自由能;根据热力学第二定律;金属元素必然自发地转回到热力学上更稳定的化合物状态..这就是金属的腐蚀过程..有机非金属材料是由有机小分子材料经聚合成为大分子材料而具有一定的强度、刚度和硬度;具备满足工业结构材料性能的..在聚合过程中加入的能量;使其比小分子具有更高的自由能..在介质中材料发生一些化学或物理作用;使其从高能的聚合态向低能而稳定的小分子状态转变;使材料的原子或分子间的结合键破坏..也是服从热力学第二定律的.. 无机非金属材料有天然的和人工的..两者均是由在自然界较稳定的化合物状态的分子或元素;在天然或人工外部作用下;结合成具有一定形状、强度、刚度和硬度的材料..这些材料在形成过程中受到的外部作用;使其内能增加;具有比它们的化合物状态的分子或元素高的能态;同样由热力学第二定律;它们在腐蚀性介质环境下;发生化学或物理作用;使材料的原子或分子间的结合键断裂破坏..也服从热力学第二定律..材料腐蚀危害性 a.涉及范围广泛:因腐蚀是自发产生的;腐蚀现象就涉及到所有使用材料的一切领域;b.造成的经济损失巨大;间接损失:由于腐蚀引起停产、更新设备、产品和原料流失、能源浪费..一般间接损失比直接损失大很多..污染环境、造成中毒、火灾、爆炸等重大事故..c.阻碍新技术、新工艺的发展..直接损失:由于腐蚀造成的材料自身的损失;使材料变成废物..间接损失:由于腐蚀引起停产、更新设备、产品和原料流失、能源浪费..一般间接损失比直接损失大很多..污染环境、造成中毒、火灾、爆炸等重大事故..控制腐蚀重要意义 研究材料的腐蚀规律;弄清腐蚀发生的原因及采取有效的防腐蚀措施;可以延长设备寿命、降低成本、提高劳动生产率.. 什么叫腐蚀 材料由于环境作用引起的破坏或变质..化学腐蚀 金属与非电解质直接发生化学作用引起的破坏..电化学腐蚀 金属与电解质溶液发生电化学作用引起的破坏..腐蚀按腐蚀机理 化学腐蚀和电化学腐蚀两类腐蚀按破坏特征 全面腐蚀和局部腐蚀两类局部腐蚀 应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、氢脆、选择性腐蚀、空泡腐蚀、丝状腐蚀腐蚀按腐蚀环境 大气腐蚀、土壤腐蚀、电解质溶液腐蚀、熔融盐中的腐蚀、高温氧化腐蚀和氢腐蚀作为过程装备设计人员;学习腐蚀知识有哪些必要性 a.合理选材:满足工艺和机械性能、防腐蚀要求;b.合理的结构设计:在结构设计时;要考虑工艺要求、强度要求;同时考虑腐蚀问题;c.制定正确的机械制造工艺和热处理方法;d.采用经济实用的防腐蚀技术..金属腐蚀过程;可能按照哪些历程进行 各具有什么特点 金属腐蚀过程 可按化学和电化学两种历程进行..化学历程 氧化剂直接与金属表面的原子相碰;化合物形成腐蚀产物;该过程无电流产生..电化学历程 金属腐蚀的氧化还原反应的两个过程同时进行又相对独立;该过程有电流产生..电化学腐蚀的条件 阳极氧化、阴极还原、电解质存在..金属在含有其自身离子的盐溶液中;界面上形成双电层;使金属表面带有:①一定是正电;②一定是负电;③可能是正电;也可能是负电..三者哪个正确;为什么 说明双电层的特点答:②正确..在含有其自身离子的盐溶液中;盐溶液的极性水分子与金属离子之间的水化力大于金属离子与电子之间的结合力;形成的双电层;在金属表面上带负电;在金属和溶液界面溶液侧带正电.. 双电层的特点:①双电层的两层“极板”可能分处于不同的相中;如第一类双电层;也可能分处于同一相中;如第二类和第三类双电层..②双电层的内层有过剩的电子或阳离子;当系统形成回路时;电子可沿导线流入或流出电极..③双电层间存在很大的电位跃..举例说明什么是平衡电极电位和非平衡电极电位;标准电极电位是哪一种电位 非平衡电极电位能否用能斯特公式进行计算 为什么 铜电极放入硫酸铜溶液中;当溶液中铜离子的浓度达到使铜电极的溶解与铜离子在铜电极上析出的速率相等时;这时电极反应的正逆两过程的电荷和物质都达到了动态平衡;此时铜电极的电位就是铜的平衡电极电位..如果把铁电极放入硫酸铜溶液中;铁电极溶解使溶液中铁离子浓度逐渐增加;到达一定程度后;溶液中的铁离子也会在铁电极上析出;但铜离子也析出;总不能使溶解出的金属离子在电量和质量上同时达到动态平衡;铁电极的电位成为非平衡电极电位..标准电极电位是标准状态下的平衡电极电位..非平衡电极电位不能用能斯特方程计算..因为能斯特方程是建立在平衡状态条件下计算电极电位的方程..写出下列电极反应的电极电位表达式.. 解:①查表1-5标准氧化还原电位;电极电位表达式①的标准氧化还原电位为0②查表1-5标准氧化还原电位;电极电位表达式②的标准氧化还原电位为+0.771V③查表1-5标准氧化还原电位;电极电位表达式③的标准氧化还原电位为+0.401说明什么叫氧化还原电极 什么叫氧化还原电位答:各种去极化反应在阴极进行时;阴极的电极材料本身不发生任何变化;只是当反应物在其表面氧化或还原时起输送或带走电子的作用;且氧化或还原的产物留在溶液中而不在电极上析出;这种电极称为氧化还原电极当去极化反应达到动态平衡时;其相应的平衡电位称为氧化平衡电位写出金属电化学腐蚀的热力学条件.. 答:0.K M e E E E <<何谓腐蚀电池 腐蚀电池有哪些类型 如图请标明腐蚀电池的各个组成部分..和原电池的工作原理一样;所不同的是腐蚀系统中电子回路短接;电流不对外作功;实际上是一个短路原电池..有宏观腐蚀电池和微观腐蚀电池两种类型..由铜和铁在稀H 2SO 4溶液中组成电池;指出正、负极和阴、阳极;并写出两电极反应的方程式;说明发生腐蚀的是哪个电极..答:铜是负极和阳极;铁是正极和阴极..e Fe Fe e Cu Cu 2;222+⇔+⇔++;铁电极发生腐蚀..极化现象 阳极极化和阴极极化 答:腐蚀电池工作时;由于电流流动而引起电极电位偏离初始值的现象;称为极化现象..通阳极电流后;阳极电位向正方向偏离称为阳极极化..通阴极电流后;阴极电位向负方向偏离称为阴极极化..电化学极化 浓差极化和膜阻极化 答:阴极上由于去极剂与电子结合的反应速度迟缓;来不及全部消耗来自阳极流来的电子;造成阴极电子增高;便阴极电位向负方向变化;阳极上金属失去电子成为水化离子的反应速度落后于电子流出阳极的速度;造成阳极电位向正方向偏离;叫做电化学极化..溶液中的去极剂到达阴极上与电子结合的速度比去极剂扩散到阴极上的速度高很多;造成阴极电位向负方向偏离..去极剂的扩散速度决定它在溶液中的浓度差;从而由它造成的极化叫浓差极化..金属表面形成的保护膜;具有较大的电阻;造成阳极溶解过程受阻;产生阳极电位向正方向的偏离;称为膜阻极化..解释P a 、P k 的物理意义..答:P a 是阳极极化曲线的极化率;P K 是阴极极化曲线的极化率;它们分别表示阳极过程和阴极过程的阻力大小..它们的数值大说明电极过程阻力大..腐蚀极化图;Evans 图 把构成腐蚀电池的阴极和阳极极化曲线绘在同一个电位E —I 电流强度坐标上;得到的图线称为腐蚀极化图.. 腐蚀极化图略去电位随电流的详细过程;将极化曲线简化成直线;这种简化了的极化图称为Evans 图..混合电位 腐蚀电位答:由于金属表面的电化学不均一性;存在很多微阳极和微阴极;在电解质溶液中在金属表面上同时进行着两个以上的共轭电极反应..因阴极与阳极间从金属内部自然导通;金属上总的阳极反应电流必然等于总的阴极电流;恰好抵消..当达到稳定状态时;阴极和阳极彼此相互极化到同一电位;这一电位就是腐蚀电位;又称自腐蚀电位..腐蚀电位既非金属上阳极的平衡电位;也不是阴极的平衡电位;而是处在二者之间;又称为混合电位..1. 请解释下式中各参数的物理意义..C PP P R E E a aa k a o =++=⨯∆∆100% C a -阳极控制程度; -阳极极化率;P K -阴极极化率;R-腐蚀系统电阻;ΔEa=I P a ;阳极极化引起的电位差;ΔE 0-阳极和阴极平衡电极电位之差下列电极过程为何种控制 为什么 答:a 为阳极控制过程;因为阳极极化率>阴极极化率;b 为阴极控制过程;因为阴极极化率>阳极极化率;c 为混合控制;阳极极化率与阴极极化率接近相等;d 是电阻控制;系统电阻在腐蚀控制中占主导地位根据下图你能得出何结论 此时;改变阳极极化曲线对其腐蚀有无影响 答:当阳极极化曲线在A 点以上变化时;对腐蚀速度无影响;低于A 点后;随阳极极化曲线变化;对腐蚀速度的变化有较大影响..如图说明为什么标准氢电极参比电极采用金属铂制成..答:是因为金属铂的超电压在较大电流密度下相对其他金属的小;偏离平衡电位的数值就小;作为标准氢电极采用的金属;测定的电极电位误差就小..说明影响析氢腐蚀的因素和特点.. 答:影响析氢腐蚀的因素有: a.电极表面状态 粗糙表面析氢超电压低;光滑表面析氢超电压高..原因是粗糙表面积大;阴极面积大..b.PH 值 酸性溶液中PH 值上升;析氢超电压升高;碱性溶液中PH 值下降;析氢超电压升高..c.温度 温度升高析氢超电压下降;约温度每增加1℃;析氢超电压减小2mV..d.溶液中的添加剂的性质不同;引起析氢超电压的变化不同.. 析氢腐蚀的特点:①阴极材料的性质对腐蚀速度影响很大..②溶液的流动状态对腐蚀速度影响不大..③阴极面积增加;腐蚀速度加快..④氢离子浓度增高PH下降、温度升高均会促使析氢腐蚀加剧..求25℃1atm时氢在中性溶液中的平衡电极电位.. 题给条件是标准状态;在标准状态下;氢的平衡电极电位规定为0..影响耗氧腐蚀的因素有哪些如何影响答:影响耗氧腐蚀的因素有:金属的本性、溶液的含氧量、阴极面积大小、溶液的流动状态..阳极金属的电位和极化性能不同;它的极化曲线与耗氧腐蚀的阴极极化曲线相交的位置不同;腐蚀速度不同;溶液的含氧量不同;耗氧腐蚀阴极极化曲线不同;氧含量大时;对应同样的阳极极化曲线;腐蚀电流大;对于宏观腐蚀电池阴极面积大;腐蚀速率大;对于微观腐蚀电池;阴极面积大小对腐蚀电流大小的影响很小;几乎无影响;溶液流动状态不同;造成溶液中的氧量补充到阴极的数量不同;一般流速大时腐蚀速率高..对一般电化学腐蚀;微阴极的数目对腐蚀有很大影响;为什么若阴极过程为耗氧反应;是否受微阴极多少的影响为什么答:因为一般电化学腐蚀;微阴极数目大时;还原反应进行的多;阳极就必须提供相应量的电子;腐蚀速度就大..到达微阴极的去极剂是溶解在电解质溶液中靠浓度差传递的;阴极面积越大;与去极剂相遇的机会就高..若为耗氧反应;氧从气液界面进入溶液向金属界面传递;传递途径类似一个圆锥体;一定数量的微阴极就已经利用了全部输送氧的扩散通道;微阴极增加;并不能增加扩散到微阴极上的总量..何为金属的钝化指出钝化时典型阳极极化曲线上各区域的名称活态区;过渡区、钝态区、过钝化区及各符号的物理意义..画图说明答:金属从活性溶解状态变成非常耐蚀的状态;这种表面状态的突变过程称为“钝化”铁制容器能否用来盛稀硝酸和浓硝酸为什么答:不能..因为铁虽可在硝酸浓度>40%后;被钝化;但钝化层会随温度升高;硝酸浓度的变化出现溶解;失去钝化作用..成相膜理论和吸附理论的要点是什么答:成相膜理论认为:钝化是由于金属溶解时;在金属表面生成了致密的、覆盖性良好的固体产物保护膜;这层保护膜作为一个独立的相而存在;它或者使金属与电解质溶液完全隔开;或者强烈地阻滞了阳极过程的进行;结果使金属的溶解速度大大降低;亦即使金属转变为钝态..吸附理论认为:金属钝化并不需要固态产物膜;而只要在金属表面或部分表面上生成氧或含氧粒子的吸附层就足够使金属钝化了..当这些粒子在金属表面上吸附以后;就改变了金属—溶液的界面的结构;并使阳极反应的活化能显着升高;因而金属表面本身的反应能力降低了;亦即呈现钝态..何谓金属的应力腐蚀破裂金属的应力腐蚀破裂有何特征金属的应力腐蚀破裂是金属结构在拉应力和腐蚀环境共同作用下引起的破裂.. ①在拉应力作用下;发生应力腐蚀破裂的金属材料对应的腐蚀环境是特定的—包括腐蚀介质性质、浓度、温度..②SCC断裂速度约0.01~3mm/h;比不存在拉应力时的局部腐蚀速率大很多倍;比无腐蚀环境时的纯力学断裂速度低很多;但承受的应力水平也低很多..③断口形貌;宏观上属于脆性断裂;微观上在断裂面上仍有流变痕迹..应力腐蚀破裂的机理电化学阳极溶解理论的论点:认为合金中存在一条阳极溶解的“活性途径”;腐蚀沿这些途径优先进行;阳极侵蚀处就形成狭小的裂纹或蚀坑..小阳极的裂纹内部与大阴极的金属表面构成腐蚀电池;由于活性阴离子如Cl—进入形成闭塞电池的裂纹或蚀坑内部;使浓缩的电解质溶液水解而被酸化;促使裂纹尖端的阳极快速溶解;在应力作用下使裂纹不断扩展;直至破裂..防止金属应力腐蚀破裂的途径有哪些答:有①降低设计应力;使最大有效应力或应力强度降低到临界值以下..②合理设计与加工减少局部应力集中..③采用合理的热处理方法消除残余应力..④合理选材;去除介质中的有害成分;添加缓蚀剂;阴极保护..金属的腐蚀疲劳是什么金属构件在交变负荷和腐蚀环境的联合作用下;经过一定周期后发生的断裂破坏;称为腐蚀疲劳..特点:①腐蚀疲劳的产生条件;没有特定的腐蚀介质的限定;只要有交变载荷存在;任何腐蚀环境中都可能发生..②腐蚀疲劳裂纹多为穿晶型;裂纹分支较少..③不存在疲劳极限;同样循环次数;承受的应力幅度值大量降低..④疲劳裂纹的断面大部分被腐蚀产物所覆盖;小部分呈粗糙的碎裂状..防止金属腐蚀疲劳的方法:①降低局部应力集中..②金属表面电镀..③介质中加缓蚀剂..④金属表面氮化和喷丸处理..⑤阴极保护..金属的SCC与腐蚀疲劳有何区别答:SCC承受的是拉应力;当拉应力低于某一定应力水平时不发生..腐蚀疲劳承受的是交变载荷;并不存在疲劳极限;也就是应力水平无下限..腐蚀疲劳的产生条件与应力腐蚀比较;它没有特定的腐蚀介质的限定;也就是说;在任何腐蚀环境中都可能发生..从撕裂特征来看;应力腐蚀裂纹既可为穿晶型;也可能为晶间型;且裂纹分枝多;呈树根状..而腐蚀疲劳裂纹多为穿晶型;裂纹分支较少..它所产生的裂纹数量往往比纯力学疲劳的多得多..从破坏的断面来看;纯力学疲劳破坏的断面大部分是光滑的;小部分是粗糙面;呈现一些结晶形状..腐蚀疲劳破裂的断面大部分被腐蚀产物所覆盖;小部分呈粗糙的碎裂状..磨损腐蚀腐蚀性流体与金属构件以较高的速度作相对运动而引起金属的腐蚀损坏;称为磨损腐蚀..形式有:湍流腐蚀、空泡腐蚀、微振腐蚀..湍流腐蚀的机理:流体速度达到湍流状态;击穿紧贴金属表面几乎静态的边界液膜;加速去极剂供应和阴、阳极腐蚀产物迁移;产生附加切应力;带动颗粒磨损..这些都加速了腐蚀速度..空泡腐蚀的机理:腐蚀介质与金属构件作高速相对运动;使流体的动能增加;而静压能降低..当流速足够高时;流体的静压力将低于流体的蒸汽压;使流体蒸发形成汽泡..在低压区产生的汽泡在高压区被压缩崩溃;气泡崩溃所产生的冲击波将对金属表面起强烈的锤击作用;使金属表面膜被破坏;甚至可使膜下金属的晶粒产生龟裂和剥落..这样重复的锤击作用;使金属造成小阳极大阴极而遭受腐蚀..微振腐蚀机理:由于流体高速流动;产生卡曼涡街;造成金属构件的振动;从而使边界层减薄或破碎;加速了阴、阳极腐蚀产物的迁移和去极剂的供应;从而加速了腐蚀速度..小孔腐蚀腐蚀破坏主要集中在某些活性点上;蚀孔的直径等于或小于蚀孔的深度的腐蚀现象..机理:易钝化金属在含有活性阴离子的溶液中;在钝化膜破损处;金属光滑表面上有夹杂的硫化物处、晶间有碳化物沉积处等很小的局部缺陷处;由于钝化膜的高电阻;造成小阳极大阴极的腐蚀电池;而形成蚀核..有些蚀核不再长大;有些蚀核继续长大;长成蚀孔..形成蚀孔后;孔内表面金属处于活态;电位较负..蚀孔外的金属表面处于钝态;电位较正;孔内外构成一个活态~钝态微电池..钝态表面被保护;孔内金属加速腐蚀..随腐蚀过程进行;孔深加深;孔外的氧不易扩散入孔内;孔内溶解的金属离子也不易往外扩散;孔内带正电的金属离子浓度增加;为保持溶液的电中性;带负电的氯化物水解;生成盐酸;使孔内介质的酸度增高;加速阳极溶解;从而形成具有“自催化酸化作用”的闭塞电池..从而使蚀孔沿重力方向迅速深化;以至把金属断面蚀穿..防止方法:①降低金属材料中的有害杂质..②在金属材料中加抗孔蚀合金元素..③降低溶液中氯离子浓度..④改善热处理制度;结构设计上消除死区..⑤阴极保护..什么叫缝隙腐蚀金属与金属或金属与非金属之间存在很小的缝隙时;缝内介质不易流动而形成滞留状态;促使缝隙内的金属加速腐蚀;称为缝隙腐蚀..原因有:开始在缝隙口处是氧去极化作用;继而是氧扩散的浓差极化控制;最后形成闭塞电池的自催化腐蚀过程..简述小孔腐蚀与缝隙腐蚀的区别.. 答:区别为腐蚀的起因不同;一旦腐蚀发展两者一样都属于闭塞电池的自催化腐蚀过程..小孔腐蚀的起因为:在易钝化的金属表面钝化层有破损处形成蚀孔活性中心;有些活性中心发展成为蚀孔..缝隙腐蚀的起因为:初期缝隙内外发生氧去极化的均匀腐蚀..随后构成宏观的氧浓差电池;缺氧的缝内成为阳极;缝外为阴极;逐步发展为闭塞电池..电偶腐蚀异种金属彼此接触或通过其他导体连通;处于同一种介质中;会造成接触部位的局部腐蚀..其中电位较低的金属;溶解速度大;电位较高的金属;溶解速度反而减小;这种腐蚀称为电偶腐蚀;或称接触腐蚀、双金属腐蚀..机理:一种阳极电位较负的金属和一种阳极电位较正的金属偶接;电位较低的金属成为偶接电池的阳极;电位较高的金属成为偶接电池的阴极..从而使电位较低的金属在偶接电池的腐蚀电流强度比单独存在时;更大;电位较高的金属在偶接电池的腐蚀电流强度比单独存在时更小..电位较低的金属腐蚀速度增加;电位较高的金属腐蚀速度减小..防止电偶腐蚀可采用哪些方法①选择相容性材料;选择电偶序表中;相邻的金属偶接;减小偶接电位差..②合理的结构设计a.尽量避免小阳极大阴极结构;b.将不同金属的部件彼此绝缘;c.插入第三种金属;降低两种金属间的电位差;d.将阳极性部件设计为易于更换的或适当增厚以延长寿命..焊接表面缺陷主要有哪几种它们引起什么腐蚀类型有焊瘤、咬边、飞溅及电弧熔坑..焊瘤或咬边常形成可见的狭缝;而飞溅往往在母材板和金属颗粒的接触区形成缝隙;从而引起缝隙腐蚀..熔坑是孔蚀的发源地..写出焊接残余应力的分布情况.. 答:当已凝固的焊缝金属在冷却的时候;由于垂直焊缝方向上各处的温度差别很大;结果高温区金属的收缩会受到低温区金属的限制;而使这两部分金属中都引起内应力;高温区金属内部产生残余拉应力;低温区金属内部产生残余压应力..焊缝晶间腐蚀的特征..焊缝晶间腐蚀的特征为;在表面还看不出破坏时;晶粒间已几乎完全丧失了结合强度;并失去金属声音;严重时只要轻轻敲打即可破碎;甚至成粉状..特别是不锈钢材料;有时即使晶间腐蚀已发展到相当严重的程度;其表观仍保持着光亮无异的原态..晶间腐蚀的机理..奥氏体不锈钢在450~850℃长时间加热;例如焊接时;焊缝两侧2~3㎜处将被加热到这个温度范围的所谓晶间腐蚀敏化区;此时晶间的铬和碳化合成为Cr、Ni、Fe4C、Cr、Fe、Ni7C3或Cr23C6;从固溶体中沉淀出来;生成的碳化物;每1%C 约需10%~20% Cr;导致晶间铬含量降低..这时由于晶内与晶间的元素存在浓度梯度;晶内的碳及铬将同时向晶间扩散;但在450~850℃;Cr 比C 的扩散速度慢原子半径Cr=1.28;C=0.771;因此进一步形成的碳化铬所需的Cr 仍主要来自晶粒边缘;致使靠近碳化铬的薄层固溶体中严重缺Cr;使Cr 量降到钝化所必需的最低含量11%以下..这样;当与腐蚀介质接触时;晶间贫铬区相对于碳化物和固溶体其他部分将形成小阳极对大阴极的微电池;而发生严重的晶间腐防止晶间腐蚀有哪些方法答:有固溶处理、稳定化退火、超低碳法、合金化法和焊接材料中掺入铁素体形成元素使焊缝呈奥氏体-铁素体双相组织..金属F e 在P O2=1atm 的环境中腐蚀达到平衡后;把其放入P=1atm 的空气环境中;平衡将有何变化 为什么答:出现铁的氧化物分解..因为在1个大气压的空气中;氧的分压只有0.21个大气压;而氧化是在氧压力为1个大气压下达到平衡的;它高于空气中氧的分压;因此分解..如下图;造成氧化膜生长的位置不同的原因 a 图的膜生长位置在MO/O 2界面;是因为氧化膜中金属离子过剩;过剩的金属离子可能处于晶格的间隙位置上;膜内晶格缺陷便是间隙金属离子和自由电子;间隙金属离子和电子通过膜中的间隙向外扩散;在MO/O 2界面与O 2反应生成MO..当氧化膜中金属离子不足时;则膜内晶格缺陷是金属离子空位和电子空位;在氧化期间;金属离子和电子通过金属离子空位和电子空位向外扩散;并在MO/O 2界面与O 2反应生成MO..b 图膜中过剩的金属离子处于正常晶格位置;膜内晶格缺陷则是阴离子如O 2-和自由电子;氧化期间;电子向外运动;O 2-通过O 2-空位向内扩散;并在M/MO 界面与M 2+反应生成MO..c 图膜中的晶格缺陷同时包含以上两种情况下的晶格缺陷;因此膜生成双向扩散同时存在;膜在中间位置生长.. 什么叫N 型半导体氧化物和P 型半导体氧化物 N 型半导体氧化物是:主要通过带负电荷的自由电子而导电的氧化物..P 型半导体氧化物是:主要通过电子空位的运动而导电的氧化物..金属表面膜完整的必要条件是什么 庇林-贝德沃斯比r>1.. 完整的表面膜不一定具有保护性..保护膜的条件:①膜必须是完整的;②膜具有足够的强度和塑性..并且与基体金属结合力强;膨胀系数相近;③膜内晶格缺陷浓度较低;④氧化膜在高温介质中是稳定的;表现为高的熔点和高的生成热..在氧化物中加入少量高价离子或低价离子N 型、P 型半导体氧化物有何影响答:对于金属离子过剩型的氧化膜N 型半导体;加入少量较高原子价的金属离子;可以减少间隙金属离子浓度;使金属氧化速度降低..对于金属离子不足型的氧化膜P 型半导体;加入少量较低原子价的金属离子;可以减少金属离子空位度;提高金属的抗氧化能铁有三种腐蚀产物FeO 、Fe 2O 3、Fe 3O 4;如图;为什么最内层是FeO;最外层是Fe 2O 3 答:因为FeO 是P 型半导体;具有高浓度的Fe 2+空位;晶格缺陷是金属离子空位;使得Fe 2+快速向外扩散;在FeO/界面与O 2-结合成FeO..Fe 2O 3是具有阴离子O 2-空位的N 型半导体;O 2-通过空位向内扩散;在Fe 2O 3/ Fe 3O 4界面与结Fe 2+合成Fe 2O 3..Fe 3O 4中P 型半导体占优势;它的导电率比FeO 要低得多..Fe 3O 4膜的成长是由于离子电导的80%是Fe 2+向外扩散;20%是O 2-向内扩散..提高钢的抗氧化性的主要途径 :合金化..-铁碳合金发生氢腐蚀的机理和条件.. 机理:氢脆阶段;钢材与氢气接触后;氢被吸附在钢表面上;然后分解为氢原子并沿晶粒边界向钢材内部扩散..尤其当钢材受力变形时;会剧烈地加速氢原子的扩散;高速扩散的氢原子在滑移面上转变成为分子状态;而分子氢不具有扩散能力;在晶间积聚产生内压力;使钢材进一步变形受到限制而呈现脆性..氢侵蚀阶段;当温度和压力较高;或者钢材与氢气接触的时间很长;则钢材将由氢脆阶段发展为氢侵蚀阶段;溶解在钢中的氢将与钢中渗碳体发生脱碳反应生成甲烷;随着反应的不断进行;钢中的渗碳体不断脱碳变成铁素体;并不断生成甲烷;而甲烷在钢内扩散困难;积聚在晶界原有的微观空隙内;随着反应的不断进行而愈聚愈多;产生很大的内压力;形成局部高压;造成应力集中;使细微开口、扩大、传播;引起钢材中出现大量细小的晶界裂纹和气泡;使钢的强度和韧性大为降低;甚至开裂;导致设备破坏..钢内裂纹的产生;除了上述甲烷积聚形成局部高压、钢材脱碳强度降低以外;还由于渗碳体转变为铁素体后;体积缩小了0.7%;因而使钢材内部产生裂纹.. 条件:在一定的氢气压力下;渗碳体与氢气发生反应有一最低温度;称为氢腐蚀的起始温度;它是衡量钢材抗氢腐蚀的性能指标..低于这个温度时氢腐蚀反应速度极慢;可以认为对钢材无害..对应相应材料曲线;根据工作温度和氢气分压;查Nelson 线图;当纵坐标的工作温度和横坐标的氢气分压的交点在对应材料曲线的上方为发生腐蚀;在曲线下方为不发生腐蚀..方法:①在钢中加入强碳化物形成元素;它们把钢中的碳优先结合成稳定的碳化物;提高钢的抗氢腐蚀性能;②采用微碳纯铁含碳量<0.015%也具有很好的抗氢腐蚀性。
第14章 压力容器设计14-1 某化工厂需设计一台液氨储槽,其内直径为2600mm ,工作温度为-10°C ~50°C ,最高工作压力为1.6MPa ,材料选用Q345R ,若封头采用椭圆形封头,试设计筒体与封头的厚度。
解:(1)由题可知:所需设计的液氨储槽内径mm D i 2600=,工作温度为-10°C ~50°C ,设计压力的选取要视有无安全泄放装置而定。
因题目中未提有安全泄放装置,则可按无安全泄放装置来设计,其设计压力应不低于最高工作压力,取p=1.7 MPa ;由于一般液氨储槽液柱静压力不高,可忽略不计,故取计算压力p c = 1.7 MPa 。
(2)由于液氨储槽材料选用Q345R ,假定储槽厚度范围为3~16mm ,取设计温度为50°C ,查得材料的许用应力[]MPa t189=σ;考虑液氨对Q345R 材料有一定的腐蚀性,根据工作经验取腐蚀裕量mm C 22=;壳体采用采用双面焊对接接头、100%无损探伤,则其焊接接头系数0.1=φ根据圆筒厚度的设计公式可得液氨储槽筒体的计算厚度[]mm p D p c t i c 75.117.10.1189226007.12=-⨯⨯⨯=-=φσδ 由于Q345R 钢板厚度负偏差C 1=0.30mm ,腐蚀裕量mm C 22=,故可选用δn =15mm 厚的钢板,此厚度在假定的范围内,故计算有效。
根据标准椭圆形封头厚度的设计公式可得液氨储槽封头的计算厚度[]mm p D p c t i c 72.117.15.00.1189226007.15.02=⨯-⨯⨯⨯=-=φσδ 由于Q345R 钢板厚度负偏差C 1=0.30mm ,腐蚀裕量mm C 22=,因此,封头也可选用δn =15mm 厚的钢板。
应当指出,这个厚度仅是满足承压强度要求所需的厚度,不是最终设计所确定的厚度。
14-2 设计一台不锈钢(06Cr19Ni10)制承压容器,最大工作压力为1.2MPa ,装设安全阀,工作温度为150°C ,容器内直径为1m ,筒体纵向对接焊缝采用双面焊对接接头、局部无损检测,试确定筒体厚度。
第1章铸造一、名词解释铸造,砂型铸造,造型,流动性,收缩性,特种铸造,金属型铸造,离心铸造二、填空题1.合金铸造性能的优劣对能否获得优质的铸件有着重要影响,其中及是影响成形工艺及铸件质量的两个最基本的问题。
2.任何一种液态金属注入铸型以后,从浇注温度冷却至室温都要经过三个相互联系的收缩阶段,即、和。
3.铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属的补充,将产生缩孔或缩松。
凝固温度范围窄的合金,倾向于“逐层凝固”,因此易产生;而凝固温度范围宽的合全倾向“糊状凝固”,因此易产生。
4.铸件在冷却收缩过程中,因壁厚不均等因素造成铸件各部分收缩的不一致,这种内应力称之为。
铸件收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力称为。
5.铸件结构的设计要考虑铸造工艺和合金铸造性能的要求,从合金铸造性能考虑,设计时应使铸件结构具有、、等要求。
6.铸造方法从总体上可分为砂型铸造和特种铸造两大类.常用的特种铸造方法有:、、和等。
三、判断题1.浇注温度越高,合金的流动性越好;因此,铸造生产中往往采用较高的浇注温度。
( ) 2.为了保证良好的铸造性能,铸造合金,如铸造铝合金和铸铁等,往往选用接近共晶成分的合金。
( )3.灰口铸铁铸件壁越厚,强度越高;壁越薄强度越低。
( )4.铸件中内应力越大,产生变形和裂纹的倾向也就越大 ( )5.离心铸造由于比重偏折现象严重、因此不适用于生产“双金属’’铸件。
( ) 6.起补缩作用的冒口设置应保证金属液是最后凝固的位置。
()7. 为提高生产率,铸件浇注凝固后应立即开箱落砂。
()8. 压力铸造工艺适合各种金属铸造。
()9.合金收缩经历三个阶段。
其中,液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因而固态收缩是铸件产生内应力;变形和裂纹的主要原因。
( )10.合金的流动性愈好,充型能力愈强,愈便于得到轮廓清晰、薄而复杂的铸件;合金的流动性愈好,补缩能力愈强,愈利于防止缩孔的产生。
机械制造装备设计课后习题答案第⼆章1、机床设计应满⾜哪些基本要求,其理由是什么?(p57)(1)⼯艺范围(2)柔性:机床的柔性是指其适应加⼯对象变化的能⼒,包括空间上的柔性(功能柔性)和时间上的柔性(结构柔性)。
(3)与物流系统的可接近性:可接近性是指机床与物流系统之间进⾏物料(⼯件、⼑具、切屑)流动的⽅便程度。
(4)刚度:加⼯过程中,在切削⼒作⽤下,抵抗⼑具相对与⼯件在影响加⼯精度⽅向变形的能⼒,包括静刚度、动刚度、热刚度。
(5)精度:机床的精度主要是指机床的⼏何精度和⼯作精度。
(6)噪声(7)成产率和⾃动化(8)成本(9)⽣产周期(10)可靠性(11)造型与⾊彩7、⼯件表⾯发⽣线的形成⽅法有哪些?(p63)1)成形法:利⽤成形⼑具对⼯件进⾏加⼯的⽅法;2)展成法:利⽤⼯件和⼑具对⼯件进⾏加⼯的⽅法;3)轨迹法:利⽤⼑具作⼀定规律的运动来对⼯件进⾏加⼯的⽅法;4)相切法:利⽤⼑具边旋转边做轨迹运动来对⼯件进⾏加⼯的⽅法。
10、机床的主运动与形状创成运动的关系如何?进给运动与形状创成运动的关系如何?(p66)11、机床上的复合运动、内联系传动链、运动轴的联动的含义及关系如何?(p65)16、分析图2-14所⽰各种机床的运动功能图,说明各个运动的所属类型、作⽤及⼯件加⼯表⾯的形成⽅法。
(p67)17、机床的传动原理如何表⽰?它与机床运动功能图的区别是什么?(p70)常⽤⼀些简明的符号把传动原理和传动路线表⽰出来,这就是传动原理图。
23、机床主传动系都有那些类型?由那些部分组成?(p89)主传动系⼀般由动⼒源(如电动机)、变速装置及执⾏件(如主轴、⼑架、⼯作台),以及开停、换向和制动机构等部分组成。
1.主传动系分类按驱动主传动的电动机类型:交流电动机驱动、直流电动机驱动按传动装置类型:机械传动装置、液压传动装置、电⽓传动装置以及它们的组合按变速的连续性:分极变速传动、⽆极变速传动24、什么是传动组的级⽐和级⽐指数?常规变速传动系的各传动组的级⽐指数有什么规律性?(p92)25、主变速传动系设计的⼀般原则1)传动副前多后少的原则2)传动顺序与扩⼤顺序相⼀致的原则(前密后疏原则)3)变速组的变速要前慢后快,中间轴的转速不宜超过电动机的转速103、110、113例题机床类型:中型车床。
过程装备制造与检测-邹广华-刘强-课后习题答案过程装备制造与检测0-1过程装备主要包括哪些典型的设备和机器。
过程装备主要是指化工、石油、制药、轻工、能源、环保和视频等行业生产工艺过程中所涉及的关键典型备。
0-3压力容器按设计压力分为几个等级,是如何划分的。
按设计压力分为低压中压高压超高压四个等级,划分如下:低压(L)0.1-1.6中压(M)1.6-10高压(H)10-100超高压(U)>1000-4为有利于安全、监督和管理,压力容器按工作条件分为几类,是怎样划分的。
a.第三类压力容器(下列情况之一)毒性程度为极度和高度危害介质的中压容器和力P*V≥0.2MPa·m3的低压容器;易燃或毒性程度为中度危害介质且P*V≥0.5MPa·m3的中压反应容器和力P*V≥10MPa·m3的中压储存容器。
;高压、中压管壳式余热锅炉;高压容器。
b.第二类压力容器(下列情况之一)中压容器[第a条规定除外];易燃介质或毒性程度为中度危害介质的低压反应容器和储存容器;毒性程度为极度和高度危害介质的低压容器;低压管壳式余热锅炉;搪玻璃压力容器。
c.第一类压力容器除第a、b条规定外,为第一类压力容器。
0-7按压力容器的制造方法划分,压力容器的种类。
单层容器:锻造法卷焊法电渣重溶法全焊肉法多层容器:热套法层板包扎法绕代法绕板法1-3常规检测包括哪些检测内容。
包括宏观检测、理化检测、无损检测(射线超声波表面)2-1简述射线检测之前应做的准备工作。
在射线检测之前,首先要了解被检工件的检测要求、验收标准,了解其结构特点、材质、制造工艺过程等,结合实际条件选组合式的射线检测设备、附件,为制定必要的检测工艺、方法做好准备工作。
2-2说明射线照相的质量等级要求(象质等级)。
一般情况下选AB级(较高级)的照相方法,重要部位可考虑B级(高级),不重要部位选A级(普通级)。
2-3射线检测焊接接头时,对接接头透照缺陷等级评定的焊缝质量级别是怎样划分的。