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化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)試題庫 一、填空 力學(xué)基礎(chǔ)部分 1．在外力的作用下,桿件可產(chǎn)生變形的基本形式為軸向拉、壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。 2．就所受外力而言,受剪切直桿與受彎的梁二者之間的區(qū)別是受剪橫向外力作用線相距很近、受彎橫向外力作用線相距很遠(yuǎn)。 3．從工程意義上講,材料的破壞可分為二類,一類是脆性斷裂破壞,應(yīng)采用第一或二強(qiáng)度理論解釋其破壞原因；另一類是屈服流動破壞,應(yīng)采用第三或四強(qiáng)度理論解釋其破壞原因。 4． 碳鋼和鑄鐵都是鐵 塑性材料；而鑄鐵是典型的 脆性材料。和碳組成的合金,但是它們卻有非常明顯的性能差別,低碳鋼是典型的 5． 碳鋼和鑄鐵都是鐵和碳組成的合金。一般來說,對鋼材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表現(xiàn)在硫使鋼材發(fā)生熱脆,磷使鋼材發(fā)生冷脆。 6． 碳鋼和鑄鐵中的主要化學(xué)元素除鐵外還有碳2.11% 時為碳鋼；如果組成的合金中碳含量大于2.11% 時為鑄鐵。,如果組成的合金中碳含量小于 7．就鋼材的含碳量而言,制造壓力容器用鋼與制造機(jī)器零件用鋼的主要區(qū)別是制造容器用低碳鋼,而制造機(jī)器零件用中碳鋼。其主要原因是低碳鋼有良好的塑性與焊接性能,中碳鋼可以通過調(diào)質(zhì)提高其綜合機(jī)械性能。 8． 從應(yīng)力角度看,等壁厚、內(nèi)徑和內(nèi)壓均相同的球形容器比圓筒形容器具有優(yōu)越性,二者經(jīng)向應(yīng)力相同,而周向（環(huán)向）2倍。應(yīng)力不同,圓筒形容器是球形容器 9． 受氣體內(nèi)壓的錐形殼體,殼體上的薄膜應(yīng)力隨距錐頂經(jīng)向距離的增大而增大,錐頂處應(yīng)力為零,最大應(yīng)力位于錐底處。 10．標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的長、短半軸之比等于2,這種封頭的最大拉應(yīng)力位于橢圓殼體的頂點處,最大壓應(yīng)力位于殼體的赤道。 11．標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭最大拉應(yīng)力位于橢圓殼體的頂點處,位于殼體的赤道出現(xiàn)經(jīng)向的最大壓應(yīng)力,其絕對值與最大拉應(yīng)力值相等。 12．邊緣應(yīng)力的兩個基本特征是局部性,自限性。 13．圓錐殼與圓柱殼的連接點A處圓錐殼的第一主曲率半徑為_______,第二主曲率半徑為________。 錐頂處B點的第一主曲率半徑為__________,第二主曲率半徑為_________。 15．我國鋼制壓力容器常規(guī)設(shè)計所遵循的國家標(biāo)準(zhǔn)的名稱是《鋼制壓力容器》,標(biāo)準(zhǔn)號是GB150-1998。 16．對于用鋼板卷焊的壓力容器筒體,用它的內(nèi)徑作為其公稱直徑,如果壓力容器筒體是用無縫鋼管直接截取的,規(guī)定用鋼管的外徑作為其公稱直徑。 17．鋼板卷制的容器的公稱直徑是其內(nèi)徑,鋼管制作的容器的公稱直徑是其外徑；管子的公稱直徑既不是管子的內(nèi)徑也不是管子的外徑,而是與管子外徑相對應(yīng)的一個數(shù)值。 18．殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度,對于碳素鋼、、低合金鋼制壓力容器,不小于3mm；對于高合金鋼制壓力容器不小于2mm。 19.金屬材料的腐蝕按破壞的形式分為均勻腐蝕與非均勻腐蝕,其中均勻腐蝕在容器設(shè)計階段考慮腐蝕裕量即可保證容器強(qiáng)度。 20．計算壓力Pc,設(shè)計壓力P,最大工作壓力Pw與安全閥的起跳壓力Pk,四者之間的關(guān)系應(yīng)該是Pc≥P≥Pk≥Pw。 21．設(shè)計壓力P,最大工作壓力Pw,安全閥的起跳壓力Pk與允許最大工作壓力[P], 四者之間的關(guān)系應(yīng)是[P]≥P≥Pk≥Pw。 22．壓力容器的主要受壓元件有壓力容器筒體、封頭（端蓋）、人孔法蘭、人孔接管、開孔補(bǔ)強(qiáng)圈、設(shè)備法蘭、換熱器的管板和換熱管、膨脹節(jié)、M36以上的設(shè)備主螺栓、公稱直徑大于250mm的接管及管法蘭等。（選5個） 23．進(jìn)行壓力容器零部件的機(jī)械設(shè)計應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、耐久性、氣密性、節(jié)約材料和便于制造、運(yùn)輸、安裝、操作及維修均應(yīng)方便等要求。（選5個） 24．鋼制圓筒形容器Di=2000mm,內(nèi)壓P=0.2Mpa,材料[σ]t=113Mpa,φ=1,則容器的最小壁厚δmin應(yīng)為3mm。 25．圖紙標(biāo)注的容器殼體壁厚指的是名義厚度δn,可以用來承受介質(zhì)壓力的厚度是有效厚度δe。 標(biāo)準(zhǔn)零部件選用 26．壓力容器用法蘭有甲型平焊、乙型平焊、長頸對焊三種結(jié)構(gòu)型式。 27．壓力容器開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)主要有補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、厚壁管補(bǔ)強(qiáng)、整鍛件補(bǔ)強(qiáng)三種。 28．中低壓法蘭密封面形式常用的有平面型、凹凸型、榫槽型三種。 29．中壓容器的壓力范圍是1.6MPa≤P<10Mpa。 二、回答下列問題 1.加強(qiáng)圈和補(bǔ)強(qiáng)圈的作用有什么不同？ 加強(qiáng)圈用來縮短外壓容器的計算長度,提高外壓容器的抗失穩(wěn)能力,而補(bǔ)強(qiáng)圈用來 進(jìn)行開孔撲強(qiáng),降低開孔接管處的應(yīng)力集中系數(shù)。 2.標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭在承受內(nèi)壓時規(guī)定其δe≥0.15%Di,為什么？ 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭在承受內(nèi)壓時,在赤道處產(chǎn)生環(huán)向壓縮薄膜應(yīng)力,如封頭的厚度過薄,封頭在赤道處可能被壓出褶皺,發(fā)生失穩(wěn)。為避免失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生,規(guī)定其δe≥0.15%Di。 3.什么是金屬材料的高溫蠕變現(xiàn)象？ 金屬材料在高溫時,在一定的應(yīng)力下,應(yīng)變隨時間延續(xù)而增加,逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。 4.等面積補(bǔ)強(qiáng)法的原則是什么？ 處于有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的可起補(bǔ)強(qiáng)作用的金屬截面積等于或大雨開孔所削去的殼體承壓所需的理論截面積。 5.什么是“18-8”鋼的晶間腐蝕？ “18-8”鋼在450℃-850℃短時加熱時,晶間處C與Cr發(fā)生反應(yīng),而晶粒內(nèi)部的Cr來不及向晶界擴(kuò)散,使晶界成為 “貧Cr區(qū)”,其含量低于鈍化所需的最低含Cr量（12.5%）,從而在腐蝕介質(zhì)中,晶界處被腐蝕。這種現(xiàn)象稱為“18-8”鋼的晶間腐蝕。 6.利用彎曲正應(yīng)力的分布規(guī)律解釋為什么等橫截面積、等高的工字梁比矩形截面梁承彎更合理？ 彎曲正應(yīng)力沿截面高度線性分布,在中性軸上各點的正應(yīng)力為零,離中性愈遠(yuǎn)處正應(yīng)力愈大,在等橫截面積、等高的前提下工字梁與矩形截面梁相比,中性軸附近的金屬截面積小,而離中性軸較遠(yuǎn)處的金屬截面積大。因此工字梁比矩形截面梁承彎更合理。 三、判斷正誤并說明理由 1．圖紙標(biāo)注的容器殼體厚度指的是名義厚度δn,即可以作為依靠來承受介質(zhì)壓力的厚度。 前半句對,后半句不對?？梢宰鳛橐揽縼沓惺芙橘|(zhì)壓力的厚度是有效厚度δe。 2．對同一公稱直徑和公稱壓力的標(biāo)準(zhǔn)法蘭,材料不同,法蘭的尺寸也不同,但法蘭實際承壓能力不變。 不對。法蘭尺寸相同,而承壓能力改變。 3．在中低壓容器設(shè)計中,由于半球形封頭受力情況好,因此常常作為最佳的凸形封頭被選用。 不對。雖然球形封頭受力情況最好,但由于制造困難,多用于大型高壓容器封頭和壓力較高的儲罐上：而在中低壓器器設(shè)計中,通常選用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,其受力情況雖不如球形封頭好,但優(yōu)于碟形封頭,制造雖較碟形封頭難,但易于球形封頭。 4．因為封頭的尺寸不能太多,壓力容器筒體的直徑必須按一定的公稱直徑系列來選取,而不是單純按化工工藝要求來確定。 對。因為封頭是標(biāo)準(zhǔn)零部件,結(jié)構(gòu)尺寸按公稱直徑系列標(biāo)準(zhǔn)化,容器筒體與之焊接或通過設(shè)備法蘭與之連接,同一公稱直徑系列的封頭與筒體才能對接。所以壓力容器筒體的直徑必須按一定的公稱直徑系列來選取,而不是單純按化工工藝要求來確定。 四、選擇填空 1．平面一般力系簡化結(jié)果可能是（ ）。 ①合力不為零, 合力偶矩為零。②合力為零, 合力偶矩不為零。 ③合力為零, 合力偶矩也為零。④合力不為零, 合力偶矩也不為零。 2．通過金屬材料簡單拉伸試驗可得到材料的機(jī)械性能指標(biāo)有（ ）。 ①E ②Ψ ③ δ ④σs ⑤σb ⑥Ak 3．可用于制造壓力容器的下列鋼號的板材有（ ）。 ①0Cr18Ni9Ti ②20R ③ Q235-B ④45 ⑤16MnR 4．承受氣體內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的最大應(yīng)力發(fā)生在（ ）。 ①頂點 ②赤道 ③ 中部 ④不確定 6．壓力容器的設(shè)計溫度是指（　　　　　　）。 ①介質(zhì)溫度 ②環(huán)境溫度 ③ 壁溫 7．提高外壓容器的抗失穩(wěn)能力的途徑有（ ）。 ① 選用高強(qiáng)度的鋼材 ②增加容器的相對壁厚 ③配制加強(qiáng)圈 8．管法蘭的公稱直徑指的是（ ）。 ①管子的內(nèi)徑 ②管子的外徑 ③ 管子的中徑 ④管子的公稱直徑 9．容器在正常操作情況下的最大工作壓力是指（ ）。 ① 容器頂部可能出現(xiàn)的最高工作壓力 ② 容器底部的壓力加上液柱靜壓 ③ 容器底部可能出現(xiàn)的最大工作壓力 10．為臥式容器配制鞍式支座時,若封頭切線與鞍座中心線的距離為A,封頭切線之間的距離為L,容器的外徑為D0,那么A應(yīng)滿足的條件為（ ）。 ①A≤0.2L ②A≤0.25L ③A ≤0.25D0 ④A≤0.5D0 一、 填空題 1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的（ 內(nèi)）徑。 2、無縫鋼管做筒體時，其公稱直徑是指它們的（ 外）徑。 3、受外壓的長圓筒，側(cè)向失穩(wěn)時波形數(shù)n=（2）；短圓筒側(cè)向失穩(wěn)時波形數(shù)為n>（2）的整數(shù)。 4、現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)手孔的公稱直徑有DN（150）mm和DN（250）mm兩種。 5、防腐（發(fā)生什么腐蝕？有何措施）P37~44 6、薄膜理論：P69 7、自支撐式塔設(shè)備設(shè)計時，除了考慮操作壓力以外，還必須考慮（ 自重載荷 ）、（ 風(fēng)載荷 ）、（ 地震載荷 ）、（ 偏心載荷 ）等載荷。 8、橢圓形封頭（標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭怎樣定義？）K=1。P100-101 16Mn R 16: 0.16%含碳量，Mn:合金元素 R：容器鋼 Q235-AF F：沸騰鋼 Q:鋼材屈服點 Q235-A A:甲類鋼 20g g:鍋爐鋼 二、 判斷題 1、材料的屈強(qiáng)比（σS/σb）越高，越有利于充分發(fā)揮材料的潛力，因此，應(yīng)極力追求高的屈強(qiáng)比。（） 2、彈性模數(shù)E和泊桑比是材料的重要力學(xué)性能，一般鋼材的E和都不隨溫度的變化而變化，所以都可以取為定值。（） 3、蠕變強(qiáng)度是表示材料在高溫條件下抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力；持久強(qiáng)度表示材料在在高溫抵抗斷裂的能力；沖擊韌性則表示材料在外加載荷突然襲擊時及時和迅速塑性變形的能力。（） 4、在承受內(nèi)壓的圓形容器上開橢圓孔，應(yīng)使橢圓的長軸與筒體軸線平行。（） 5、薄壁回轉(zhuǎn)殼體中任一點，只要該點的兩個曲率半徑R1＝R2，則該點的兩向應(yīng)力σθ=σm。（√） 6、依據(jù)彈性失效理論，容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料設(shè)計溫度下的屈服點σtS時，即宣告該容器已經(jīng)“失效”。 （√） 7、安全系數(shù)是一個不斷發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨努，安全系數(shù)將逐漸變小。（√） 8、假定外壓長圓筒和短圓筒的材質(zhì)絕對理想，制造的精度絕對保證，則在任何大的外壓下也不會發(fā)生彈性失穩(wěn)。（） 9、法蘭密封中，法蘭的剛度比強(qiáng)度更重要。（√） 10、無縫鋼管做筒體時，公稱直徑是指它們的外徑。（√） 11、材料的屈強(qiáng)比（σS/σb）越高，越有利于充分發(fā)揮材料的潛力，因此，應(yīng)極力追求高的屈強(qiáng)比。（） 12、彈性模數(shù)E和泊桑比是材料的重要力學(xué)性能，一般鋼材的E和都不隨溫度的變化而變化，所以都可以取為定值。（） 13、蠕變強(qiáng)度是表示材料在高溫條件下抵抗發(fā)生緩慢塑性變形的能力；持久強(qiáng)度表示材料在在高溫抵抗斷裂的能力；沖擊韌性則表示材料在外加載荷突然襲擊時及時和迅速塑性變形的能力。（） 14、因為內(nèi)壓薄壁容器的兩向應(yīng)力與壁厚成反比，當(dāng)材質(zhì)與介質(zhì)壓力一定時，則壁厚大的容器，壁內(nèi)的應(yīng)力總是小于壁厚小的容器。（） 15、因為從受力分析角度來說，半球形封頭最好，所以在任何情況下，都必須首先考慮采用半球形封頭。（） 16、依據(jù)彈性失效理論，容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料設(shè)計溫度下的屈服點σtS時，即宣告該容器已經(jīng)“失效”。 （√） 17、安全系數(shù)是一個不斷發(fā)生變化的數(shù)據(jù)，按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨努，安全系數(shù)將逐漸變小。（√） 18、假定外壓長圓筒和短圓筒的材質(zhì)絕對理想，制造的精度絕對保證，則在任何大的外壓下也不會發(fā)生彈性失穩(wěn)。（ ） 19、法蘭密封中，法蘭的剛度比強(qiáng)度更重要。（√） 20、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的內(nèi)徑。（√） 21．圖紙標(biāo)注的容器殼體厚度指的是名義厚度δn,即可以作為依靠來承受介質(zhì)壓力的厚度。 前半句對,后半句不對。可以作為依靠來承受介質(zhì)壓力的厚度是有效厚度δe。 22．對同一公稱直徑和公稱壓力的標(biāo)準(zhǔn)法蘭,材料不同,法蘭的尺寸也不同,但法蘭實際承壓能力不變。 不對。法蘭尺寸相同,而承壓能力改變。 23．在中低壓容器設(shè)計中,由于半球形封頭受力情況好,因此常常作為最佳的凸形封頭被選用。 不對。雖然球形封頭受力情況最好,但由于制造困難,多用于大型高壓容器封頭和壓力較高的儲罐上：而在中低壓器器設(shè)計中,通常選用的是標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,其受力情況雖不如球形封頭好,但優(yōu)于碟形封頭,制造雖較碟形封頭難,但易于球形封頭。 24．因為封頭的尺寸不能太多,壓力容器筒體的直徑必須按一定的公稱直徑系列來選取,而不是單純按化工工藝要求來確定。 對。因為封頭是標(biāo)準(zhǔn)零部件,結(jié)構(gòu)尺寸按公稱直徑系列標(biāo)準(zhǔn)化,容器筒體與之焊接或通過設(shè)備法蘭與之連接,同一公稱直徑系列的封頭與筒體才能對接。所以壓力容器筒體的直徑必須按一定的公稱直徑系列來選取,而不是單純按化工工藝要求來確定。 四、簡答題 1、管子和管板連接方式有哪些？有何優(yōu)缺點？P199 2、生產(chǎn)中采取什么措施進(jìn)行溫度補(bǔ)償？P214 3、化工過程開發(fā)有哪些方法？ A、相似放大法 B、逐級經(jīng)驗放大法C、數(shù)學(xué)模擬放大法D、部分解析法 2、下列鋼號各代表何種鋼，符號中的字母和數(shù)字各有什么意義？（8分） Q215-B.F 代表 普通碳素鋼（鋼種），其中Q為 屈服強(qiáng)度的頭一個拼音字母，215為屈服強(qiáng)度值，B表示質(zhì)量等級，F(xiàn)表示沸騰鋼。 20A代表高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼，20為含碳量0.2%。 15MnVDR 代表普通低合金鋼，含碳量0.15%左右，含Mn小于1.5%，含V小于1.5%，D表示低溫用鋼，R代表容器用鋼 H80 代表 黃銅（鋼種），H為黃銅牌號，80 表示平均含銅80%，含鋅20%。 5、下列容器屬一、二、三類容器的哪一類？（4分） （1） 直徑為2000mm，設(shè)計壓力為1MPa的圓筒形容器 （2） 設(shè)計壓力為3.6MPa的搪玻璃壓力容器 （3） 設(shè)計壓力為0.5MPa的管殼式余熱鍋爐 （4） p為3MPa的氰化氫容器 （1）為一類容器；（2）為三類容器；（3）為二類容器；（4）為三類容器。 1、一個低合金鋼內(nèi)壓反應(yīng)塔，筒體內(nèi)徑，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，工作壓力（裝有安全閥），工作溫度，塔體采用單面手工電弧焊，100%無損探傷，內(nèi)部介質(zhì)有輕微腐蝕性。設(shè)計塔體壁厚，并校核水壓試驗強(qiáng)度。（，，，）（10分） 表 鋼板負(fù)偏差Cl （mm） 鋼板厚度 4.5～5.5 6～7 8～25 26～30 32～34 36～40 負(fù)偏差 0.2 0.6 0.8 0.9 1 1.1 解：根據(jù)題意，，， 再加上鋼板負(fù)偏差，然后圓整，取厚。 水壓試驗校核： ， ， 所以水壓試驗時強(qiáng)度足夠。 2、DN2000的低碳鋼外壓圓筒，筒體長4500mm，壁厚10mm，兩側(cè)封頭凸面高度600mm，介質(zhì)無腐蝕。試計算筒體能承受的許可外壓，并判斷發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)后筒體橫截面上產(chǎn)生的波形數(shù)是等于2還是大于2？。（8分）。 （，，） 解：，， ，為短圓筒，發(fā)生側(cè)向失穩(wěn)后筒體橫截面上產(chǎn)生的波形數(shù)。 3、如圖所示，兩端固定的變截面直桿在連接處受到70kN的力，已知：，，，，求出兩端約束反力的大小并畫出軸力圖。（9分） 解： 所以 ，，方向都是向左。