化工机械基础试题及答案

一、名词解释（10分）

1、无力矩理论：在旋转薄壳的受力分析中忽略了弯矩的作用，该情况下的应力状态和承受

内压的薄膜相似，又称薄膜理论。

2、法兰的公称压力：以16MnR 在200℃时的力学性能为基础，其最大操作压力即为具有该

尺寸法兰的公称压力。

3、泊松比：弹性阶段杆件的横向应变与轴向应变之比的绝对值，称为横向变形系数或泊松

比。是一无量纲的量，其数值随材料而异，也是通过试验测定的。 εεν'= 4、同素异构转变：在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称同素异构转变。

5、热脆：硫以FeS 的形态存在于钢中，FeS 和Fe 形成低熔点（9850C ）化合物，而钢材的热

加工温度一般在11500C-12000C 以上，当钢材热加工时由于FeS 化合物的过早熔化而导致工件开裂，称为“热脆”。

二．作图题（共10分）

根据受力图画出剪力图和弯矩图（10分）

三、问答题（共26分）

1. Q235-A ●F 代表 普通碳素钢 （钢种），其中Q 为 屈服强度的头一个拼音字母 ，235为 屈服强度值 ，A 表示 质量等级 ，F 表示 沸腾钢 ；0Cr18Ni9 代表 铬镍不锈钢 （钢种），18 表示 含铬18% ， 9 表示 含镍9% ；ZL7代表 铸铝 （钢种）； H80 代表 黄铜 （钢种），80 表示平均含铜80% 。（5分）

2．埋弧自动焊的优缺点是什么？不锈钢焊接采用何种方法及其特点是什么？（5分） 埋弧自动焊的优点：1）生产效率高；2）焊缝质量高；3）劳动条件好

缺点：不及手工电弧焊灵活，工件边缘准备和装配质量要求高、费工时，必须严格控制焊接规范。

不锈钢焊接可采用氩弧焊，用氩气为保护介质，是惰性气体，既不与金属起化学反应也不溶于液态金属，可避免焊接缺陷，获得高质量的焊缝。

3．什么是外压容器的失稳？简述外压容器侧向失稳的形式并说明如何通过失稳形势判断外

压容器的类型？（8分）

容器强度足够，却突然失去原有的形状，筒壁被压瘪或发生褶皱，筒壁的圆环截面一瞬间变成了曲波形，这种现象称为弹性失稳。其实质是容器筒壁内的应力状态有单纯的压应力平衡跃变为主要受弯曲应力的新平衡。

侧向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形，产生的波形数n=2时，为长圆筒；n>2时，为短圆筒；如只发生强度破坏，无失稳则为刚性筒。

4、下列容器属一、二、三类容器的哪一类？（8分）

（1） 直径为2000mm ，设计压力为10Mpa 的废热锅炉

（2） 设计压力为0.6Mpa 的氟化氢气体储罐

（3） 设计压力为1.0Mpa 的搪玻璃压力容器

（4） p 为4Mpa 的剧毒介质容器

（1） 为三类容器；（2）为二类容器；（3）为二类容器；（4）为三类容器。

四、计算题（共54分）

1、 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 0

300，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，试设计反应釜筒体壁厚，并校核水压试验强度。（[]MPa t

144=σ []MPa 170=σ MPa s 345=σ，()s e

e i T T D p ϕσδδσ9.02≤+=）（10分） 表 钢板负偏差C l （mm ）

解：设壁厚mm 11，mm C 8.01=，mm C 12=

[]mm C p pD t i d 97.98.105

.129.01442100005.122=+⨯-⨯⨯⨯⨯=+-=ϕσδ

圆整为规格钢板，取mm n 10=δ厚。

水压试验校核：()()MPa D p e e i T T 5.1902

.822.8100014417005.1225.12=⨯+⨯⨯⨯=+=δδσ MPa s 5.2793459.09.09.0=⨯⨯=ϕσ，s T ϕσσ9.0<，所以水压试验时强度足够。

2、 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） 解：mm L cr 89552

.191040104017.1=⨯= 属短圆筒， MPa p cr 80.41040520010402.1910259.25.25

=⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯= ， []MPa m p p cr 6.1== 3、 截面直杆如图，已知：212cm A =，2

24cm A =，236cm A =，2/200m GN E =，求出各截面的轴

力，画出轴力图，并求杆的总伸长。（10分）

解：

mm

m EA L P EA L P EA L P L 625.01025.610610200102.15010410200105.12010210200100.12044

93

493

4933

33222111-=⨯-=⨯⨯⨯⨯⨯-+⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯-=++=∆----

4、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）

解：

MPa J y M Z 16305.0642/05

.01024

3max max max =⨯⨯=⋅=πσ M f EJ Z -=''，积分：D Mx f EJ Z +-='，F Dx Mx f EJ Z ++-=22

1 边界条件：0=x 时，0,0='=f f ，解得：0,0==D F

悬臂梁的挠曲线方程为：2221063.12x x EJ M f Z

-⨯-=-=, （a x ≤≤0） ())1.0(1052.6)2

(232-⨯-=--=---=-x a x EJ Ma EJ Ma a x a EJ M f Z Z Z , l x a ≤≤ 自由端的转角：rad EJ Ma Z

C B 31052.6-⨯-=-==θθ 自由端的挠度：m a L EJ Ma a L f f Z C C B 31030.1)2()(-⨯-=--

=--=θ

5、如图所示，扭矩m kN M n .2=，轴向力kN P 100=，作用在直径mm D 50=的钢轴上

若[]MPa 170=σ，求圆轴外圆周的危险点A 处（1）主应力的大小；（2）主平面位置；

（3）最大剪应力；（4）分别用第三、第四强度理论计算该点的相当应力。（12分）