过程装备基础复习题

过程装备基础复习题
过程装备基础复习题
1.什么叫约束和约束反力？主动力和约束反力有何不同？
2.如何理解光滑铰链约束？铰链与固定端所产生的约束反力有何区别？如何识别二
力杆？
3.什么叫力偶？力偶能不能合成为一个力？表示力偶对刚体作用效果的物理量是什
么？
4.材料的弹性模量代表什么意义？各种钢材在常温下的弹性模量值大约为多少MPa？
5.试举例说明强度、刚度与稳定性的概念。

6.截面上的内力与应力的关系如何？
7.什么叫正应力？什么叫剪应力？二者各与何种变形相联系？为什么说应力表示一
点的危险程度？
8.杆件的基本变形形式有哪些？这些基本变形对应的横截面上的内力是什么？横截
面上的应力分布规律如何？
9.强度条件式如何建立？利用强度条件式能解决哪几类类问题？
10.许用应力是如何定义的？为什么要引入一个大于1的安全系数？
11.什么叫纯弯曲梁？梁纯弯曲时，其变形规律如何？
12.截面的惯性矩的意义是什么？梁纯弯曲和圆轴扭转时，横截面的惯性矩有何区别
与联系？两种变形横截面上应力分布有何相似之处？
13.通过低碳钢的拉伸试验得到的材料强度指标和塑性指标各是什么？虎克定律在
哪个试验阶段成立？
14.什么是平面弯曲梁挠曲线近似微分方程？平面弯曲梁的变形用
何种量来表示？
如何求解？
15.杆的轴向拉（压）和梁的弯曲的变形刚度各是什么？二者有何区别与相同之处？
16.什么叫超静定问题？什么叫超定梁的静定基？
17.温差应力是如何产生的？工程上常采用何种措施来减小温差应力？
18.压杆的合理截面形状是什么？
19.纯铁有几种晶胞型式？什么叫奥氏体？什么叫铁素体？
20.按金属的品质可把钢材分为哪几类？按哪些元素的含量来区分钢材的质量？
21.什么叫镇静钢和沸腾钢？
22.低碳钢、中碳钢和高碳钢是如何划分的？低合金钢和高合金钢是如何划分的？
23.Q235-B,Q245R，Q345R,0Cr18Ni9各代表何种类型的钢，其数字及字母的含义是什
么？
24.为什么说压力容器受压壳体应选用塑性良好的材料？为什么压力容器的受压壳体
不允许采用中碳钢和高碳钢？
25.低压、中压和高压容器是如何划分的？其中压力是指表压还是绝压，为什么？
26.一般化工设备是由哪些部分组成的？设备常用的零部件有哪些？
27.TRG R0004－2009是指何种规范？它是如何对压力容器进行分类的？为什么要如
此进行分类？
28.压力容器中化学介质的毒性的意义是什么？何为易燃介质？
29.GB150是什么标准?
30.什么是薄壁壳体应力分析的有力矩理论和无力矩理论？按照薄膜理论薄壁壳体承
压的机理是什么?
31.什么叫经线、纬线、第一曲率半径和第二曲率半径？如何计算第一曲率半径和第
二曲率半径？
32.由薄膜理论得出的微体平衡方程式其表示的意义是什么？经向薄膜应力如何求
取？
33.承受均布气压的回转薄壳上任一点的经向薄膜应力的表达式是如何导出的？
34.承受气体压力的薄壁圆筒内产生的经向薄膜应力和环向薄膜应力的关系如何？
35.承受气体压力的锥壳内各点的薄膜应力沿着经线如何变化？
36.椭球壳从顶点到赤道上各点的第一曲率半径和第二曲率半径如何变化？第一和第
二曲率半径的关系如何？在顶点和赤道上第一和第二曲率半径的值是多少？
37.如何对承受均布气压的椭球壳进行薄膜应力分析？在顶点和赤道上环向薄膜应力
和经向薄膜应力二者的关系如何？赤道上的环向薄膜应力如何随着长短半轴比值的变化而变化？
38.什么叫标准椭圆形封头？在受到气压作用时，此种封头的环向薄膜变形如何？
39.为什么说内压筒体上的纵向焊缝比环向焊缝更危险？
40.什么叫边缘力和边缘力矩？边缘应力的如何产生的？边缘应力具有何种特性？与
薄膜应力相比边缘应力的危险性如何？
41.内压薄壁圆筒厚度设计的中径公式是如何导出的？
42.什么叫工作压力、设计压力和计算压力？三者之间有何区别与联系？为什么说这
些压力均指表压力？
43.设计压力和设计温度设定的总原则是什么？
44.焊接接头与焊缝是否是同一个概念？有何区别与联系？影响焊接接头系数取值的
因素有哪些？
45.厚度设计中有哪些厚度概念？这些厚度之间的区别与联系如何？标注到图纸上的
应是什么厚度？
46.按照中径公式进行厚度设计时考虑的载荷是什么？如何让设计出的厚度满足其它
载荷作用下的的强度要求？
47.为什么要对压力容器进行压力试验？压力试验有几种类型？设备设计时针对压力
试验要做哪些工作？
48.封头有哪些类型？这些封头在工程实际中的应用情况如何？一般在中低压容器
中经常使用何种类型的封头？
49.影响外压容器稳定性的因素有哪些？提高外压圆筒稳定性的经济而有效的措施
是什么？
50.压力容器筒体如何制造？其公称直径指的是哪个尺寸？为什么要规定系列化的公
称直径尺寸？
51.钢管的公称直径的意义是什么？管子的公称直径与外径的关系如何？
52.压力容器法兰标准和管法兰标准的公称直径有何不同？法兰的公称压力的意义是
什么？
53.容器支座有哪些类型？我国容器支座标准中对对卧式容器和立式容器各规定了哪
些支座类型？何种支座适用于高塔？卧式容器的支座的名称是什
么？两个支座一个为F型，一个为S型，为什么？
54.按照我国压力容器法兰标准，有几种容器法兰类型？甲型平焊法兰和乙型平焊法
兰有何区别？容器法兰有哪几种密封面型式？
55.按照HG20592管法兰有哪几种密封面型式？板式平焊、带颈平焊、带颈对焊法兰
三者有何区别？
56.针对Q245R，10，45，Q345R，0Cr18Ni9这五种材料，回答下列问题：
①这些材料中哪些是碳素钢（说明其大约平均含碳量）？哪些是低合金钢和高合金
钢？“Q”和“R”各代表何意？这些钢材在常温下的弹性模量值大约为多少MPa？
若介质的腐蚀性不强，设备物料的进出口管选用这五种材料中的何种材料为合适？
②用10号钢制成试件，在常温静载下进行拉伸试验，试画出拉伸曲线，并在图上表
示出材料的强度指标。

③虎克定律的表达式是什么？在试验的哪个阶段成立？
④材料的塑性与其含碳量的关系如何？这五种材料中的何种材料不能作为压力容器
受压壳体用材？为什么？
⑤试解释奥氏体和铁素体。

常温下Q245R内部的金相组织中是否有奥氏体或铁素
体？
57.图示为一固定管板式换热器，公称直径为2000mm，壳程和管程均为单程。

①公称直径2000 mm指的是哪个尺寸？壳程圆筒采用钢板卷制还是用无缝钢管制
造？
②试在图上标示出压力容器法兰和管法兰。

容器法兰和管法兰的公称直径有何区
别？钢管的公称直径与其外径的关系如何？
③该设备采用的是何种支座？这两个支座能否完全相同？为什么？
④压力容器法兰标准（JB/T 4701～4703）中规定了哪几种容器法兰类型和密封面型
式？若壳程管法兰采用HG20592中规定的带颈平焊凸面法兰，而管程管法兰采用HG20592中规定的板式平焊突面法兰，则与壳程和管程管法兰相配对的管法兰分别应为何种类型和密封面型式？
⑤管程封头采用标准椭圆形封头，则封头短半轴的长和在赤道处的第二曲率半径各
是多少？
58.储存某种液体的卧式储罐，公称直径为2000 mm，工作压力为2.0MPa，操作温度
为300℃，顶部装有安全阀，壳体材料采用Q345R。

①试画出该储罐的结构简图，指出该设备上每一部分的名称。

②设计压力和计算压力的意义是什么？设计压力如何确定？
③该储罐属于低压、中压或是高压容器？为什么？在该设备壳体上的何处会产生边
缘应力？边缘应力具有何种特性？与薄膜应力相比其危险性如何？该设备筒体上两向薄膜应力的关系如何？
④根据TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，考虑哪些因素来确
定该储罐的类别？该储罐能否划为第Ⅰ类压力容器？为什么？
⑤取焊接接头系数为0.85，腐蚀裕量2mm，试设计筒体的厚度，并进行压力试验时
的强度校核。

⑥试建立该卧式储罐受重力作用的力学模型，并列出确定支座最佳位置的方程。

附表Q345R钢板的许用应力
59. 精馏塔在负压（具有一定的真空度）下操作，塔体和裙座具有相同的直径和厚度，
壳体公称直径为2000 mm ，名义厚度为10 mm ，腐蚀裕量为2 mm ，塔总高为40m 。

塔体及裙座所用材料均为Q245R 。

1）该塔所受的外压不可能超过多少MPa ？若塔的稳定性不足，可采用何种经济而
有效的措施？
2）设作用在塔上的风载荷沿塔高均匀分布，将塔简化为壁厚均匀的圆筒体。

试用
梁挠曲线微分方程导出塔在风载荷作用下的弯曲变形公式。

若该塔受到的风压
为400Pa ，在操作工况下Q245R 的弹性模量为1.86×105MPa ，工艺要求塔顶水平
位移不能超过塔高的1/1000，试校核该塔的刚度。

（建议按水平方向作图。

）
3）为了提高该塔的刚度，在塔顶部设置一可动铰支座以限制其水平位移。

试求此
种情况下的约束反力，作出剪力图和弯矩图，求出最大弯曲正应力。

（悬臂梁在集中力作用下在集中力作用点处的挠度的绝对值为EI Fa 33
，其中a 为集中力F 的作用点到固定端的距离。

）
60. 材料的弹性模量代表什么意义？各种钢材在常温下的弹性模量值大约为多少
MPa ？
61. 通过低碳钢的拉伸试验得到的材料强度指标和塑性指标各是什么？虎克定律在
试验的哪个阶段成立？
62.纯铁有几种晶胞型式？什么叫奥氏体？什么叫铁素体？
63.低碳钢、中碳钢和高碳钢是如何划分的？低合金钢和高合金钢是如何划分的？
64.提高外压圆筒经济而有效的措施是什么？压杆应具有何种截面形状？
65.受气压作用的回转薄壳中的经向应力如何计算？为什么说内压筒体上的纵向焊
缝比环向焊缝更危险？
66.温差应力产生的原因是什么？化工管路中常采用何种措施来减小温差应力？
67.压力容器筒体的公称直径指的是哪个直径尺寸？。

68.标准椭圆封头在赤道处的第二曲率半径与长短半轴的关系如何？
69.低压、中压和高压容器是如何划分的？其中压力是指表压还是绝压？
70.薄膜应力与边缘应力的是否具有同样的危险性程度？为什么？
71.《压力容器安全技术监察规程》把压力容器分为几类？低压容器是否一定属于第
一类压力容器？为什么？
72.钢管的公称直径是指其内径还是外径？三者的关系如何？
73.试举出可作为压力容器壳体用钢的三个钢号，要求分别为优质碳素钢、低合金钢
和高合金钢。

74.直杆轴向拉伸和纯弯曲时横截面上产生何种应力？横截面上的应力分别是如何
分布的？
75.图示等截面杆所受外力沿着轴线作用，并处于平衡状态。

已知杆横截面面积
A=100mm2, a=100mm，F=5kN。

试作出该杆的轴力图，并求出杆横截面上的最大应力。

（5分）
76.试用梁挠曲线微分方程导出悬臂梁受均布载荷q（线集度）作用时最大挠度的计算公式。

若该悬臂梁为一高塔，所受均布风压为4.5kPa，塔壳体材料采用Q345R，设计温度为200℃，在该温度下的材料弹性模量为1.86×105MPa，壳体内径为2000mm，有效厚度为12.7 mm，塔总高为20m。

工艺要求塔顶水平位移不能超过塔高的1/800，试校核该塔的刚度并计算最大弯曲正应力。

（15分）
77.试求图示结构支座B产生的约束反力。

（提示：可直接利用上题结果及悬臂梁在
集中力作用下产生的变形计算公式。

）（10分）
78.图示为一U形管式换热器，每一根换热管两端连接在同一块管板上，整个管束可
以从壳程圆筒抽出。

已知：壳程工作压力为1.9MPa（不装安全阀），壳体公称直径为2000mm，材料采用Q345R（负偏差为0.3mm）。

取壳程设计温度为300℃，焊接接头系数为0.90，腐蚀裕量2mm。

1）试设计壳程筒体的厚度，决定压力试验的种类及试验压力，并对压力试验进行应力校核。

（15分）
2）在图上注明该设备上的容器法兰和管法兰。

试问：我国压力容器法兰标准中规定了哪几种容器法兰类型和密封面型式？下图为符合我国HG20592标准的管法兰，试说明各管法兰类型和密封面型式，并说明每一相配对的管法兰类型和密封面型式。

（10分）
（a）(b) (c)
3）卧式设备支座的位置根据何种载荷确定？试建立相应的力学模型，作出剪力图和弯矩图，并导出确定支座最佳位置的计算公式。

（15分）
4）
Q345R钢板的许用应力
1. 画出低碳钢的拉伸试验的应力—应变示意图，说明各个阶段的名称以及反映材料
力学性能的强度指标和塑性指标。

2. 指出经向应力δ
σφ22pR =成立的条件，并导出相应条件下环向应力的计算公式，并由此简要说明受均布内压作用的椭球壳从顶点到赤道两向薄膜应力的变化情
况。

3. 请说明下列钢号各属于什么类型的钢（普通、优质碳素钢，还是合金钢）以及其
数字和字母的含义，并说明其中哪些钢不能作为压力容器壳体用钢：15MnVR 、
Q235-B 、20R 、45、60、0Cr18Ni10Ti 。

4. 设计筒体厚度时，标注到图纸上的是什么厚度？进行压力试验的应力校核时，应采
用什么厚度?说明各种厚度之间的关系。

5.低碳钢、中碳钢和高碳钢是如何划分的？低合金钢和高合金钢是如何划分的？试
指出碳素钢中主要含有哪些杂质元素，哪些是有益的，哪些是有害的？
6.影响外压圆筒稳定性的因素有哪些？提高外压圆筒稳定性经济而有效的措施是
什么？
79.下图为HG20592中的管法兰简图，试指出下图中的法兰类型和密封面型式，以及
与其配对法兰的密封面型式
二、基本计算能力考查（每题15分，共30分）
8. 计算下图中A 、B 处的约束反力。

9. 试建立塔设备受自身重力G 及风载荷（按均布载荷考虑,设线集度为q ）作
用下的力学模型，并指出危险点的位置，给出危险点应力的计算式。

设塔内径为
i D ，有效厚度为e ，塔高为H 。

10. 图示为一卧式储罐，公称直径为2000 mm ，工作压力为1.9MPa ，操作温度
为300℃，顶部
装有安全阀，其开启压力为2. 0MPa ，壳体材料采用16MnR 。

⑦ 容器支座类型有哪些？本题中支座的名称是什么？两个支座一个应为F 型，一个
应为S 型，为什么？（5分）
⑧ 设计压力和计算压力的意义是什么？设计压力如何确定？影响焊接接头系数取
值的因素是什么？壳体圆筒可否采用45号钢，为什么？（5分）
⑨若取焊接接头系数为0.90，腐蚀裕量2mm 。

试设计该壳体的厚度，并进行液压试
验时的强度校核。

（15分）
⑩ 试建立该卧式储罐受重力作用的力学模型，画出剪力图和弯矩图，确定支座的最
佳位置。

（10分）
附:
表1 16MnR 钢板常用厚度规格及负偏差 mm
表2 16MnR 钢板的许用应力。