化工机械基础试题.doc

2003.6《化工机械基础》试题答案（48学时）
—、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°C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I何应变与轴向应变之比的绝对值，称为横l，J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。

1/ =
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（985%）化合物，而钢材的热
加工温度一般在1150°C-1200°C以上，当钢材热加工时由于FeS化合物的过早焰化而导致工件开裂，称为“热脆”。

%1.作图题（共10分）
根据受力图画出勇力图和弯矩图（10分）
qa2q
三、问答题（共26分）
1.Q235.A,F代表普通碳素钢（钢种）,其中0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；0Crl8Ni9代表为竦不锈钢（钢种,18表示含铭18% , 9表示含锲9% ；ZL7代表铸铝（钢种）；H80代表茧铜（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。

不锈钢焊接可采用叙弧焊，用氧气为保护介质，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lOMpa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. OMpa的据玻璃压力容器
（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D t = 1000/n/??, I .作压力2.0MPa（装有安全阀），T. 作
温度300°C ,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。

（[b]'=144MPo
[b] =1 lOMPa = 345"。

，％, =相'」卷 < 0.9冲）（10 分）
表钢板负偏差Ci （mm）
解：设壁厚 1 \mm , C l = ().8mm , C9 = \mm
=「. +C= 2U05XI。

+18 = 9.97〃而
5l
2[o-]z(p-p2x144x0.9-2x1.05
圆整为规格钢板，取免=10mm 厚。

170
f )1.25x2xl.05x — (1000 + 8.2)
水压试验校核： j = 堕 二'J = ------------------ 也 ----------- =190.5MP 。

2 知 2x8.2 0.9例7, = 0.9 x 0.9 x 345 = 219.5MPa ， (y T < 0.9(pc s ,所以水压试验时强度足够。

2、低碳钢外压圆筒，外径D. = 1040/n/n ,测量壁厚为20mm,内部介质无腐蚀性，钢板
负偏差C, = 0.8mm,筒体长5000mm,两侧为椭圆封头，凸面高度30()mm ,求该筒 体的许用外压。

(弹性模量为2X 1()5M P Q ) (6分)
1040
3、截面宜杆如图，己知：A } = 2arr , A 2 = 4cin~,
& = 6cin 2, E = 200GN 扁,求出各截面的轴
力，画出轴力图，并求杆的总伸长。

(10分) 解： / P,L, P.L?
EA } EA 2 EA 3
— 20xl.0xl()3 20xl.5xl()3 = ---------------- 1 ------------- 200X 109 X 2X 10-4 200X 109 X 4X W 4
-50xl,2xlQ 3
200X 109 X 6X 10-4
=-6.25 x 10 4 m = -0.625/n/n
解：心=1.17x1040」业=8955心
“ 勺 19.2
属短圆筒,
cr
=259x2x1()5
19.2 ) 1040J
"5200 2.
5 =4.S0MPa
[p] = -^ = l,6MPa m
4、已知丘=200GPa ,梁的直径为50mm, M = 2kN.m , o = 0.2m, L = 0.3/w ,求危险横截面上最大正应力，并求悬臂梁的挠曲线方程和日由端的挠度和转角o（12分）解：M
一
____ B c
""max
%、％ = 2x°x°・°5/2 = ]63"
EJ z f n = -M ,积分：EM，= -Mx + D , EJ z f =一Mx2 +Dx + F
边界条件：x = 0时，/=(),/' = (),解得：F = 0,0 = 0
悬臂梁的挠曲线方程为：f = —^x2=-1.63X10~2X2,(0<X<^)
2EJ7
-M 2 ( \Ma _ Ma a _ 3 /八
f = --------- ci —\x — ci] ------ = ---------- (x------ ) = —6.52x10 (x — 0.1), a x I
2EJ y7 EJ y EJ72
自由端的转角：O R =0r =--^ = -6.52x\0~3 rad
"c EJ7
自由端的挠度:f B— f c— 0c (L — a) = ------------ (L-------- ) —— 1.30 x 10 3
m
EJ? 2
5、如图所示，扭矩M」=2kN.m ,轴向力P = 100kN，作用在直径D = 50mm的钢轴上
若[a]=\70M Pa,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
M
n
M
n
Fg2a ()= ---------- ——=—
3.2
BL by
% =—36.32° 或53.68°
=oj - ％ = 1 JO.SMPa < [<r]
cr 2)2 + (% - <T 3 )? + (cr. -’ 尸=150.1 MPa < [a]
6、一设备法兰的操作温度为280°C,工作压力为0.4MPa,当材料为Q235・A 和15MnVR 时
应分别按何种公称压力级别确定法兰的几何尺寸。

（4分）
* 4-17甲堡，乙型平焊法兰的■大允许工作岳力/MP-
公弥压力 PN 快竺材麟
工作浪，斐/c
> 项一
250 双
350 U.25 材 Q235-A •白 15MnVR
OJG 0.-2?. 0.13 0.27
0.14 0.13 0-25
0.60 Q235-A,B
0,4C 0.36
0,33 0.30
15MnVR
P 65 th 64 0.63
0.60
i r oo
板 Q23S ・A
0.66 0.61 0.55 0.50
材 15MnVR
1.00 Lg L°5 1.0D L.60 板
Q235 B im 0,97
0.89 0.80
材
15MnVR
】・74
顷
1.68
t.6D
解：Q235-A 应按公称压力l.OMPa 级别确定法兰的几何尺寸。

15MnVR 应按公称压力0.6MPa 级别确定法兰的儿何尺寸。

解： <T V =—— A A
-50.93A/P 。

，cr v =0
―= -81 A9MPa 5 16
Inin
59.92MPa
—110.84 肱
因为 |%怦|〉45°,
所以％皿=53.68°
CT] = 59.92MPa cr 2 = 0 叫=-\\0.S4MPa
r
max
u 冬=85.38MP 。

2。