第9章 外压薄壁圆筒与封头的强度设计
《化工设备机械基础》习题解答
第一章化工设备材料及其选择二. 指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量Ａ组B组：第二章容器设计的基本知识一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围第三章 内压薄壁容器的应力分析四、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力σσθ和m。
MP S PD m 6384100824=⨯⨯==σSPRR m =+21σσθ MP SPD634==σθ2. 圆锥壳上之A 点和B 点，已知：p=，D=1010mm ，S=10mm ，a=30o 。
αcos 2,:21D A R R =∞=点MP S PD m 58.14866.010410105.0cos 4=⨯⨯⨯==ασSP RR m =+21σσθ MP S PD 16.29866.010210105.0cos 2=⨯⨯⨯==ασθ0,:21=∞=R R B 点0==σσθm3. 椭球壳上之A ，B ，C 点，已知：p=1Mpa ，a=1010mm ，b=505mm ，S=20mm 。
B 点处坐标x=600mm 。
25051010==b a 标准椭圆形封头 bb b y x A aR a R 2221,:),0====点（MP S Pa m 5.502010101=⨯===θσσMPa sbPB b a x am 3.43)(2 2224=--=σ点：MPa b a x a a sbP ba x a 7.27)(2)(2 222442224=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-----=θσ:)0,(==y a x C 点MPa S Pa m 25.25202101012=⨯⨯==σ MPa S Pa 5.502010101-=⨯-=-=σθ五、 工程应用题1. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为，汽包圆筒的平均直径为816 mm ，壁厚为16 mm ，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力σσθ和m。
【解】 P= D=816mm S=16mm1.00196.081616<==D S 属薄壁容器 MPa S PD m 875.311648165.24=⨯⨯==σ MPa S PD m 75.631628165.22=⨯⨯==σ2. 有一平均直径为10020 mm 的球形容器，其工作压力为，厚度为20 mm ，试求该球形容器壁内的工作压力是多少。
《化工设备机械基础》习题解答
《化工设备机械基础》习题解答第一章化工设备材料及其选择一. 名词解释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。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬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（μ）：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，μ=0.3 。
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。
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SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔，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。
其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
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。
过程设备设计_南京工程学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
过程设备设计_南京工程学院中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.对于气液分流型支承装置，以下说法中正确的是。
参考答案:避免了栅板式支承中气液从同一孔槽中逆流通过_是高通量低压降的支承装置_为气体及液体提供了不同的通道_既避免了液体在板上的积聚，又有利于液体的均匀再分配2.机械搅拌反应器中，搅拌容器的作用是为物料反应提供合适的空间，其筒体基本上是圆筒，封头常采用椭圆形封头、锥形封头和平盖，以椭圆应用最广。
参考答案:正确3.以下选项中，减小轴端挠度、提高搅拌轴临界转速的措施有。
参考答案:设置稳定器_设置底轴承或中间轴承4.对于反应器的搅拌功率计算，以下说法中正确的是。
参考答案:用于选择减速器_设计或校核搅拌器的强度和刚度_用于选择电动机_设计或校核搅拌轴的强度和刚度5.生活中常见的电风扇就是一种搅拌器，以下选项中，不是电风扇流型的是。
参考答案:径向流_切向流_紊乱流6.在搅拌反应设备中，应用最为广泛的搅拌器有，约占搅拌器总数的75%～80%。
参考答案:锚式搅拌器_涡轮式搅拌器_桨式搅拌器_推进式搅拌器7.对于反应器中的搅拌器，以下说法中正确的是。
参考答案:搅拌器对流体产生剪切作用和循环作用_搅拌器从电动机获得机械能，从而推动罐内流体运动8.对于反应器中搅拌器的流型，有。
参考答案:径向流_轴向流_切向流9.对于反应器中的换热元件，以下说法中正确的是。
参考答案:内盘管分为螺旋形盘管和竖式蛇管两类_换热元件分为夹套和内盘管两类_夹套分为整体夹套、型钢夹套、半圆管夹套和蜂窝夹套四类10.固定管板式换热器与其它类型换热器相比，在相同壳体直径下，排管数目最少。
参考答案:错误11.关于填料塔，以下描述中错误的是。
参考答案:气液两相组分的浓度或温度沿塔高呈阶梯式变化12.关于填料支承装置，以下说法正确的是。
参考答案:栅板型支承为气液混流型支承装置_气液分流型支承有波纹式、驼峰式和孔管式三种_填料支承装置分为栅板型支承和气液分流型支承13.对填料塔中的液体分布器，以下说法中正确的是。
过程设备设计(郑津洋第三版)终极版思考题答案 (2)
压力容器导言思考题1.1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？答：我国《压力容器安全技术监察规程》根据整体危害水平对压力容器进行分类。
压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。
设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（Ⅰ级）、高度危害（Ⅱ级）、中度危害（Ⅲ级）、轻度危害（Ⅳ级）等四个级别。
介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。
压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。
因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。
例如，Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100％射线或超声检测，且液压试验合格后还应进行气密性试验。
而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。
又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题1.2 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？答：筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。
安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
化工设备设计基础第9章外压薄壁圆筒与封头的强度设计演示教学
第二节 临界压力
一、临界压力 二、影响临界压力的因素 三、外压圆筒的分类 四、临界压力的理论计算公式 五、临界长度
2020/9/27
一、临界压力
– 承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性 压缩变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当 外压力增大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形， 就失去了原来的稳定性。
' cr
p'crD0 2Se
1.3Et
Se D0
1.5
L
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临界应力公式
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四、临界压力的理论计算公式
• 3. 刚性圆筒
– 刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公 式与计算内压圆筒的公式一样。
pD 2i S eSe[]压 t
强度校核
[p] 2[]压 t Se
Di Se
2020/9/27
二、影响临界压力的因素
• 2. 筒体材料性能的影响
– 筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量E和泊松比 μ值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。
– 【注意】钢材的E和μ值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢制造外压 容器，不能提高筒体的临界压力。
• 3. 筒体椭圆度和材料不均匀
第九章 外压薄壁圆筒与封头的设计
第一节 概 述 第二节 临界压力 第三节 外压圆筒的工程设计 第四节 外压球壳与凸形封头的设计 第五节 加强圈的设计
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第一节 概 述
一、外压容器的失稳 二、容器失稳型式的分类
2020/9/27
一、外压容器的失稳
• 外压容器：壳体外部压力大于壳体内部压力的容器。 • 应力特点：容器受到外压作用后，在筒壁内将产生经
化工设备机械基础试题库完整
化工设备机械基础试题库一、填空力学基础部分1．在外力的作用下,杆件可产生变形的基本形式为轴向拉、压、剪切、扭转、弯曲。
2．就所受外力而言,受剪切直杆与受弯的梁二者之间的区别是受剪横向外力作用线相距很近、受弯横向外力作用线相距很远。
3．从工程意义上讲,材料的破坏可分为二类,一类是脆性断裂破坏,应采用第一或二强度理论解释其破坏原因；另一类是屈服流动破坏,应采用第三或四强度理论解释其破坏原因。
4．碳钢和铸铁都是铁塑性材料；而铸铁是典型的脆性材料。
和碳组成的合金,但是它们却有非常明显的性能差别,低碳钢是典型的5．碳钢和铸铁都是铁和碳组成的合金。
一般来说,对钢材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表现在硫使钢材发生热脆,磷使钢材发生冷脆。
6．碳钢和铸铁中的主要化学元素除铁外还有碳 2.11% 时为碳钢；如果组成的合金中碳含量大于2.11% 时为铸铁。
,如果组成的合金中碳含量小于7．就钢材的含碳量而言,制造压力容器用钢与制造机器零件用钢的主要区别是制造容器用低碳钢,而制造机器零件用中碳钢。
其主要原因是低碳钢有良好的塑性与焊接性能,中碳钢可以通过调质提高其综合机械性能。
8．从应力角度看,等壁厚、内径和内压均相同的球形容器比圆筒形容器具有优越性,二者经向应力相同,而周向（环向）2倍。
应力不同,圆筒形容器是球形容器9．受气体内压的锥形壳体,壳体上的薄膜应力随距锥顶经向距离的增大而增大,锥顶处应力为零,最大应力位于锥底处。
10．标准椭圆形封头的长、短半轴之比等于2,这种封头的最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,最大压应力位于壳体的赤道。
11．标准椭圆形封头最大拉应力位于椭圆壳体的顶点处,位于壳体的赤道出现经向的最大压应力,其绝对值与最大拉应力值相等。
12．边缘应力的两个基本特征是局部性,自限性。
13．圆锥壳与圆柱壳的连接点A处圆锥壳的第一主曲率半径为_______,第二主曲率半径为________。
锥顶处B点的第一主曲率半径为__________,第二主曲率半径为_________。
第九章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计
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（2）安全系数及其确定：
影响安全系数的因素： ①计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精度； ②材料质量和制造的技术水平； ③容器的工作条件及其在生产中的重要性和危险性。
材料
安全系数 nb
（5）外压容器——取 p≥正常操作下可能产生的最大压差。
（6）真空容器—
※不设安全阀时，取0.1MPa ；
※设有安全阀时 取Min（1.25×△p ,0.1MPa) 。
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（7）带夹套容器——取正常操作时可能出现的最大内 外压差。例如 带夹套的反应釜：夹套内蒸汽压力为 0.2MPa,釜内开始抽真空，然后釜内升压至0.3MPa。该 釜壁承受压力如何？
碳素钢、低合金钢 ≥3.0
ns
≥1.6
nD
≥1.5
nn
≥1.0
高合金钢
≥3.0 ≥1.5 ≥1.5 ≥1.0
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4.焊接接头系数（）
容器上存在有： 纵焊缝----A类焊缝 环焊缝----B类焊缝 需要进行无损检验。 检验方法主要是：
X射线检查和超声波检查。
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6.直径系列与钢板厚度
压力容器的直径系列已经施行标准化（GB/T 9019-2019)，筒体与封头的公称直
径配套。见P167表10-5。
要按照钢板厚度尺寸系列标准GB/T 709-2019的规定选取。P219表12-13。
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化工设备机械基础
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2020/10/24
1.3 金属材料的分类及牌号
1.3.2 钢铁牌号及表示方法 1、牌号表示原则（GB/T 221-2000） ①牌号中化学元素用化学符号或汉字表示； （ 如：1铬13或1Cr13） ②产品用途、治炼和浇注方法采用汉字或拼 音字母并用的原则。 （如：Q235F F---沸腾钢） （表1－4）
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2020/10/24
1.2 材料的性能
（4）持久强度（ σD或σ105 ） （5）疲劳 强度（ σ－1 ） 2、塑性
塑性是指金属材料在断裂前发生不可逆永久 变形的能力。塑性指标是指金属在外力作用下产 生塑性变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标 是延伸率（δ）和断面收缩率（ψ）。
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1.2 材料的性能
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1.2 材料的性能
1.2.4 加工工艺性能 金属和合金的加工工艺性能是指铸造性、可锻性、
可焊性、切削加工性、热处理性能等。对于设计压力 容器最重要的两个性能是： 1、良好的冷热加工性能
和断裂的特性。常用的强度指标有屈服点和抗拉强度 等。
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2020/10/24
1.2 材料的性能
金属材料的变形和破坏过程： （1）弹性变形阶段 （2）弹－塑性变形阶段 （3）断裂
断裂的两种形式： 脆性断裂：断裂之前没有明显塑性变形阶 段的。（更危险） 韧性断裂：经过大量塑性变形之后才发生 断裂的。
能力，也就是材料抵抗裂纹扩展的能力。我们常用冲击 韧性来表示材料承受动载荷时抗裂纹的能力，用缺口敏 感性表示材料承受静载荷时抗裂纹扩展的能力。
课后题《化工设备机械基础》习题解答
课后题《化⼯设备机械基础》习题解答《化⼯设备机械基础》习题解答第⼀章化⼯设备材料及其选择⼀. 名词解释A 组：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=-CX AX N N （1）由⽅程（1）解得 CX AX N N =∑=0yF，02=+-CY AY N G N （2）∑=0AM，0)45cos 45cos ()45cos 245cos (45cos 2=+?++?-?- l l N ll G l G CY （3）由⽅程（3）解得 G N CY = 代⼊⽅程（2）得 G N AY = （3）取AB 杆为研究对象：∑=0BM ， 045sin 45cos 45cos 2=+- l N l N lG AX AY 02=+-l N Gl lG AX22G l lGGl N AX =-=∑=0xF， 0=-BX AX N N2G N N BX AX == ∑=0yF， 0=--BY AY N G N0=BY N1.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。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应⼒和应变成正⽐，即σ=E ε,⽐例系数E 为弹性模数。
4.硬度：⾦属材料表⾯上不⼤的体积内抵抗其他更硬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（µ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之⽐。
压力容器的设计—内压薄壁容器圆筒的强度设计
2.若容器安放有安全阀，设计压力？
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（5）外压容器——取 p≥正常操作下可能产生的 最大压差。
注意：“正常操作”——含空料，真空检漏， 稳定生产，中间停车等情况。 （6）真空容器— ※不设安全阀时，取0.1MPa ； ※设有安全阀时 取Min（1.25×△p ,0.1MPa) 。
16
设计压力p：设定的容器顶部的最高压力---设计载荷。
取值方法：
（1）容器上装有安全阀
取不低于安全阀开启压力 ： p ≤（1.05～1.1）pw
系数取决于弹簧起跳压力 。
17
防爆膜装置示意图
（2）容器内有爆炸性介质，安装有防爆膜时：
取 设计压力为爆破片设计爆破压力加制造范围上限。 P44 表3-1。
当 s
4
2、强度安全条件
为了保证结构安全可靠地工作，必须留有一定的安 全裕度，使结构中的最大工作应力与材料的许用应 力之间满足一定的关系，即
当
0
n
=
0 —极限应力（由简单拉伸试验确定）
当 —— 相当应n 力—，安M全Pa，系可数由强度理论确定
0 —— 极限应力，—M许P用a，应可力由简单拉伸试验确定
2、当钢材的厚度负偏差不大于0.25mm，且 不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不 计。
42
（2）腐蚀裕量C2
容器元件由于腐蚀或机械磨损——厚度减薄。
——在设计壁厚时要考虑容器使用寿命期内的安全性！
具体规定如下：
对有腐蚀或磨损的元件:
C2=KaB
Ka---腐蚀速率（mm/a），由材料手册或实验确定。
要知道！
（1）需要焊后热处理的容器，须热处理后进行 压力试验和
化工设备机械基础作业答案
《化工设备机械基础》习题解答二、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：⒈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。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋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。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M 处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎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。
⒏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。
⒐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？（1） 横截面为正六角形的柱壳。
（×）（2） 横截面为圆的轴对称柱壳。
（√）（3） 横截面为椭圆的柱壳。
（×）（4） 横截面为圆的椭球壳。
（√）（5） 横截面为半圆的柱壳。
（×）（6） 横截面为圆的锥形壳。
（√）2. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。
（×）3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 21=，则该点的两向应力σσθ=m。
（√）4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。
（×）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。
内压薄壁圆筒与封头的强度设计
关于祖国作文300字(通用5篇)关于祖国作文300字篇1望着冉冉升起的五星红旗，看着胸前的红领巾，我都会不禁想到祖国，那雄鸡似的祖国。
细数之前的中华民族，从春秋战国时期的“秦楚燕韩赵魏齐”再到清朝时的半封建半殖民社会，以及到现在完完整整的雄鸡似的国家，中华民族历经千灾百难，饱受破碎支离。
新中国终于在毛主席铿锵有力的声音中成立了，给之前饱受屈辱的神州大地画上了一个完满的句号。
令人亢奋的国歌驱散了旧中国“东亚病夫”的称号，鲜血染成的五星红旗开启了展新的画卷，雄鸡似的中国版图走上了世界的前沿，华夏母亲露出了欣慰的笑容。
20XX年中国迎来了首届奥运会，在世界舞台上小试牛刀，然而在这之前几个月发生的汶川大地震丝毫未影响中国的表现。
20XX年，又是一个新的起点，雄鸡似的中国又翻开了新的篇章，指引着中华少年前进的方向。
“宁静致远，厚积薄发”，愿我们能够好好学习，为雄鸡似的祖国添光夺彩，装点这美丽富饶的祖国，为中国雄起贡献一份力量!关于祖国作文300字篇2今年是上海事博会，是祖国妈妈的好事情，在这么多年里我们在祖国妈妈的怀抱里有成功、有失败、有开心、有伤心、有骄傲、有幸福······关于祖国作文300字篇3祖国万岁!犹如编钟响彻天宇每一个音符都是惊心动魄的春雷祖国万岁!一声最响亮的赞美让我满眼都是如雨的泪水祖国万岁!一声来自五千年的合唱就像风吹麦浪一样生动和壮美踏访草原，看雄鹰啸傲大雁列队走进深山，看季节中的景色在风声鸟语中轮回新世纪冉冉升起的旗帜让我在巍峨的大厦上欢呼和陶醉看万里江山都有无限的风光明媚祖国万岁!昂首矗立的是青山不肯固定一方的是绿水山的不朽，塑造了五千年的锦绣水的流动，流出了五千年的声威在节日的焰火中我是燃烧爆响的花蕾祖国万岁!一声悠长的呼唤一声壮丽的赞美在人民行进的行列中我是国徽上的一粒小麦在祖国的繁花绿树上我是一只飞翔的子规祖国万岁!万岁祖国多少王朝远去了一代天骄也烟灭灰飞神的宫殿倒塌了只有万里长城千古不毁祖国万岁!我生命中的赞歌我血中的光辉在我的一生中所有的身外之物都能割舍唯一不能割舍的是我亲爱的祖国关于祖国作文300字篇4我热爱我的祖国，是因为她发生了翻天覆地的变化;我敬佩我的祖国，是因为她从半殖民地、半封建社会中走了出来;我喜欢我的祖国，是因为祖国的壮丽风景使人心旷神怡……我喜欢我的祖国，她幅员辽阔，山川秀美，景致怡人，让中外游客赞叹不已。
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化工设备机械基础习题力学部分第六章化工设备材料及其选择一、名词解释：1、延伸率2、冲击功和冲击韧度3、耐腐蚀性4、屈服点5、抗拉强度6、普通碳素钢7、优质碳素钢8、不锈钢和不锈耐酸钢9、锅炉钢10、容器钢11、晶间腐蚀二、指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量钢号种类含碳量/％合金元素含量/％符号意义Q235-A.F20g16MnR16MnMo16MnDR14Cr1Mo1Cr18Ni9Ti00Cr19Ni10设备介质设计温度/℃设计压力/MPa供选材料（选中者画圈）氨合成塔外筒（Φ3000mm）氮、氢，少量氨≤200150Cr18Ni9Ti，20，Q235-AF,18MnMoNbR,15MnVR,13MnNiMoNbR氯化氢吸收塔氯化氢气体，盐酸，水80～120 0.2Q235AR，1Cr18Ni9Ti，铜，铝，硬聚氯乙烯塑料，酚醛树脂漆浸渍的不透性石墨高温高压废热锅炉的高温气侧壳体内衬转化气（H2,CO2,N2,CO,H2O,CH4,Ar）890～10003.1418MnMoNbR,0Cr13,Q235-AR,Cr25Ni20,0Cr18Ni9Ti，Cr22Ni14N 第七章容器设计的基本知识一、指出下列压力容器温度与压力分级范围温度分级温度范围/℃压力分级压力范围/ MPa 常温容器低压容器中温容器中压容器高温容器高压容器低温容器超高压容器浅冷容器真空容器深冷容器序号容器（设备）及条件类别1 φ1500，设计压力为10MPa的管壳式余热锅炉2 设计压力为0.6MPa，容积为1m3的氟化氢气体贮罐3 φ1500，容积为20m3的液氨贮罐4 压力为10MPa，容积为800L的乙烯贮罐5 设计压力为2.5Mpa的搪玻璃容器一、名词解释1、第一曲率半径2、第二曲率半径3、区域平衡方程式4、微体平衡方程式5、无力矩理论6、边缘应力的局部性二、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径A组：1、球壳上任一点2、圆锥壳上之M点3、碟形壳上之连接点A与 B三、计算下列各种承受气体均匀内压作用的薄壁回转壳体上诸点的薄膜应力m σ和θσ1、 球壳上任一点。
《化工设备机械基础》第四章习题解答
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 )Mpa;计算压力p c =( 1.76 )Mpa;水压试验压力p T =(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)p c =( -0.6 )MPa;釜体水压试验压力p T =( 0.75 )MPa.(2)夹套的计算压力(内压)p c =( 0.5 )MPa;夹套的水压试验压力p T =( 0.625 )MPa.3. 有一立式容器,下部装有10m 深,密度为ρ=1200kg/m3的液体介质,上部气体压力最高达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p c =( 0.617 )MPa;水压试验压力p T =(0.625 )MPa.4. 标准碟形封头之球面部分内径R i =( 0.9 )D i ;过渡圆弧部分之半径r=( 0.17 )D i .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 )%;K>1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S min =( 3 )mm;对于高合金钢制容器,其最小壁厚S min =( 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 ) ℃.三、 判断是非题(是者画√;非者画×)1. 厚度为60mm 和6mm 的16MnR 热轧钢板,其屈服点是不同的,且60mm 厚钢板的σs 大于6mm 厚钢板的σs . ( × )2. 依据弹性失效理论,容器上一处的最大应力达到材料在设计温度下的屈服点σs(t)时,即宣告该容器已经”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. ( √ )4. 当焊接接头结构形式一定时,焊接接头系数随着监测比率的增加而减小. ( × )5. 由于材料的强度指标σb 和σs(σ0.2)是通过对试件作单向拉伸试验而侧得,对于二向或三向应力状态,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p w =2MPa,容器上装有安全阀,焊接接头系数φ=0.85,厚度附加量为C=2mm,试求筒体的最大工作应力.【解】（1）确定参数：p w =2MPa; p c =1.1p w =2.2MPa （装有安全阀）;D i = DN=2000mm( 钢板卷制); S n =22mm; S e = S n -C=20mmφ=0.85（题中给定）; C=2mm （题中给定）.（2）最大工作应力：a e e i c t MP S S D p 1.111202)202000(2.22)(=⨯+⨯=+=σ 2、 某球形内压薄壁容器,内径为D i =10m,厚度为S n =22mm,若令焊接接头系数φ=1.0,厚度附加量为C=2mm,试计算该球形容器的最大允许工作压力.已知钢材的许用应力[σ]t =147MPa.【解】（1）确定参数：D i =10m; S n =22mm; φ=1.0; C=2mm;[σ]t =147MPa.S e = S n -C=20mm.（2）最大工作压力：球形容器.a e i e t w MP S D S P 17.12010000200.11474][4][=+⨯⨯⨯=+=φσ3、 某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti 。
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一、外压球壳和球形封头的设计
① 假设Sn，令Se=Sn-C，而后定出比值Ro/Se值； ② 用下式计算系数A：
A 0.125 R o/Se
③ 根据所用材料选用图11-4～11-9，在图的下方找出由②所得的 系数A。
若A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计温度下
的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿水平方向右移，
在图的右方得到系数B，并按下式计算许用外压力[p]：
[p] B R o/Se
D0 Se
1.3
Se D0
L
D0
D0
短圆筒应变
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
1. 算图的由来
外压圆筒失稳时，筒壁的环向应变值与筒体几何尺寸（Se，D0，L）之间 的关系
f
D0 Se
，L D0
对于一个壁厚和直径已经确定的筒体（即该筒的D0/Se的值） 来说，筒体失稳时的环向应变ε值将只是L/D0的函数，不同 的L/D0值的圆筒体，失稳时将产生不同的ε值。以ε为横坐标， 以L/D0为纵坐标，就可得到一系列具有不同D0/Se值筒体的ε －L/D0的关系曲线图，图中以系数A代替ε（见教材P211图11 －3）。
【说明】不同的材料有不同的比例极限 和屈服点，所以有一系列的A－B图。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
2. 外压圆筒和管子壁厚的图算法
⑴ 对D0/Se≥20（薄壁）的圆筒和管子 ① 假设Sn，令Se=Sn-C，而后定出比值L/D0和D0/Se； ② 在图11－3的左方找到L/D0值，过此点沿水平方向右移 与D0/Se线相交（遇中间值用内插法），若L/D0＞50，则 用L/D0=50查图，若L/D0＜0.05，则用L/D0=0.05查图； ③ 过此交点沿垂直方向下移，在图的下方得到系数A；
1. 算图的由来
若以ε为横坐标，以B为纵 坐标，将B与ε （即图中A） 关系用曲线表示出来。利 用这组曲线可以方便而迅 速地从ε找到与之相对应的 系数B，进而求出[p]。 当ε比较小时，E是常数， 为直线（相当于比例极限 以前的变形情况）。当ε较 大时（相当于超过比较极 限以后的变形情况），E 值有很大的降低，而且不 再是一个常数，为曲线。
临界压力作用下，筒壁产生的环向应力σcr及应变ε为：
cr
pcrD0 2S e
cr
Et
pcr
D0 Se
2Et
临界压力作用下长圆筒与短圆筒内的应变ε、ε’为：
3
cr
Et
2.2E
t
Se D0
2E t
D0 Se
1.1
Se D0
2
长圆筒应变
2.5
1.5
'
'cr
Et
2.59Et
Se D0
L 2Et
典型例题
试确定一外压容器的壁厚。已知设计外压力p=0.2MPa，内径 Di=1800mm，圆筒的计算长度L=10350mm，设计温度250℃，壁 厚附加量C=2mm，材质16MnR，Et=1.864×105 MPa。
第四节 外压球壳与凸形封头的设计
一、外压球壳和球形封头的设计 二、凸面受压封头的设计
pcr
2.2Et
Se D0
3
钢制圆筒(μ=0.3 )
2
cr
pcrD0 2Se
1.
1Et
Se D0
临界应力公式
式中
Pcr－临界压力，MPa； Et－设计温度下材料的弹性模数，MPa； Se－筒体的有效壁厚，mm； D0－筒体的外直径，mm； μ－材料的泊桑比。
［注意］长圆筒的临界 压力仅与圆筒的材料和 圆筒的壁厚与直径之比 Se/D0有关，而与圆筒的 长径比L/D0无关。
刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度 校验公式与计算内压圆筒的公式一样。
2.2Et
Se D0
3
2.59Et
D0 L
Se D0
2.5
Lcr 1.17D0
D0 Se
五、临界长度
2. 短、刚性圆筒的临界长度
2.59Et D0 L
Se D0
2.5
2[ ]压t SeDi来自 Se2Se[ ]压t
第一节 概 述
一、外压容器的失稳 二、容器失稳型式的分类
一、外压容器的失稳
外压容器：壳体外部压力大于壳体内部压力的容器。 应力特点：容器受到外压作用后，在筒壁内将产生经
向和环向压缩应力。 失效类型：
强度破坏（很少发生）； 失稳破坏（主要失效形式）：外压圆筒筒壁内的压缩应力
远低于材料的屈服点时，筒壁就已经被突然压瘪或发生褶 绉，即在一瞬间失去自身原来的形状。
[p]：
[p] B D0/Se
若A值落在设计温度下材料线的左方，说明肯定处于弹性失稳状态， 则用下式计算许用外压力[p]：
[p]
2AE t 3 D0
Se
⑤ 比较p与[p]，若p＞[p]，则需重新假设Sn，重复上述步骤直至[p]大 于且接近于p为止。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
2. 外压圆筒和管子壁厚的图算法
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
1. 算图的由来
若将失稳时的环向应变与允许工作外压的关系曲线找出来， 那么就可能通过失稳时的环向应变ε为媒介，将圆筒的尺寸 （D0、Se、L）与允许工作外压直接通过曲线图联系起来。
[p] pcr m
pcr m[p]
cr
Et
pcrD0 2S e E t
m[p]D 0 2S e E t
2.25
D0/Se
-
0.0625B
[p]2
2 0
D0/Se
1
1 D0/Se
0
min
2[
]t
，0.9
t s
③ 比较p与[p] ，若p＞[p]，则需重新假设Sn，重复上述步骤直至[p]大于 且接近于p为止。
三、外压容器的试压
外压容器和真空容器的试压按内压容器进行液压试验，试验压 力按下式确定：
3. 刚性圆筒
刚性圆筒不会失稳破坏，只需进行强度校验。其强度校验公 式与计算内压圆筒的公式一样。
pDi Se
2Se
[
]压t
强度校核
[p] 2[ ]压t Se
Di Se
许用外压校核
[ ]压t －材料设计温度的许用压应力，可取 [ ]压t =σs/4；
五、临界长度
1. 长、短圆筒的临界长度
【注意】钢材的E和μ值相差不大，选用高强度钢代替一般碳钢制造外压 容器，不能提高筒体的临界压力。
3. 筒体椭圆度和材料不均匀
稳定性破坏主要原因不是壳体存在椭圆度或材料不均匀。因为即使壳体 的形状很精确和材料很均匀，当外压力达到一定数值时也会失稳。
壳体的椭圆度与材料的不均匀性能使其临界压力的数值降低，即能使失 稳提前发生。
2. 轴向失稳
3. 局部失稳
容器在支座或其他支承处以
及在安装运输中由于过大的 局部外压引起的局部失稳。
薄壁圆筒在轴向外压作用下引 起的失稳。失稳后仍具有圆形 的环截面，但是破坏了母线的 直线性，母线产生了波形，即 圆筒发生了褶绉。
第二节 临界压力
一、临界压力 二、影响临界压力的因素 三、外压圆筒的分类 四、临界压力的理论计算公式 五、临界长度
一、临界压力
承受外压的容器在外压达临界值之前，壳体也能发生弹性 压缩变形；压力卸除后壳体可恢复为原来的形状。一旦当 外压力增大到某一临界值时，筒体的形状发生永久变形， 就失去了原来的稳定性。
导致筒体失稳的压力称为该筒体的临界压力， 以Pcr表示。
筒体在临界压力作用下，筒壁内存在的压应力 称为临界压应力，以σcr表示。
四、临界压力的理论计算公式
2. 钢制短圆筒
p'cr
2.59Et
Se D0
2.5
L
D0
临界压力公式
［注意］短圆筒的临界压力除与圆筒的材料和圆筒的壁厚与直 径之比Se/D0有关，而且与L/D0也有关
' cr
p'crD0 2Se
1.3Et
Se D0
1.5
L
D0
临界应力公式
四、临界压力的理论计算公式
二、外压圆筒壁厚设计的图算法
2. 外压圆筒和管子壁厚的图算法
⑴ 对D0/Se≥20（薄壁）的圆筒和管子
④ 根据所用材料选用图11-4～11-9，在图下方找出由③所得的系数A。
若A值落在设计温度下材料线的右方，则过此点垂直上移，与设计
温度下的材料线相交（遇中间温度值用内插法），再过此交点沿
水平方向右移，在图的右方得到系数B，并按下式计算许用外压力
计算长度：指两个刚性构件（如法兰、端盖、管板及加强圈等）间的距离。 对与封头相联的筒体来说，计算长度应计入凸形封头1/3凸面高度。
二、影响临界压力的因素
2. 筒体材料性能的影响
筒体的临界压力与材料的强度没有直接关系。材料的弹性模量E和泊松比 μ值越大，抵抗变形的能力就越强，因而其临界压力也就越高。
⑵ 对D0/Se＜20（厚壁）的圆筒和管子
① 用与D0/Se≥20时相同的步骤得到系数B值。但对于D0/Se＜4.0的圆筒和 管子应按下式计算A值：
A
1.1
D0/Se
2
系数A>0.1时，取A=0.1。
② 用①所得的系数B，按下式计算[p]1和[p]2，并取较小者为圆筒的许用外
压力，即：
[p]1
[p] pcr m
m－稳定安全系数，根据GBl50－98《钢制压力容器》规定： 对圆筒、锥壳取m=3.0； 球壳、椭圆形和碟形封头取m=15。
2. 设计准则
必须使设计压力p≤[p]，并接近[p]，则所确定的筒体壁厚才 是满足外压稳定的合理要求。
二、外压圆筒壁厚设计的图算法