名词解释(每小题2分,共10分)

考试方式： ： …………………………………………密…………………………封……………………………………线…………………………………
太原理工大学
适用专业： 题 得 号 分 一 二 三 考试日期： 四 五 六 时间： 七
试卷
分钟 共 八 九 页 总 分
学号
(密封线外不要写姓名、学号、班级、密封线内不准答题，违者按零分计)
一、 名词解释（每小题 2 分，共 10 分）
1. 质量保证 2.扁塌效应 3.卡曼旋涡 4. 搅拌功率 5.应力腐蚀 1.质量保证—设备在设计、制造、操作及退役漫长的过程中，为了保证安全所采用的有计划、 系统的措施。

2.扁塌效应—筒体无加强时，在周向弯矩的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形而成 为无效截面，这种现象称为扁塌效应。

3.卡曼旋涡—当风以一定速度绕流圆柱体时，在圆柱体两侧的背风面交替产生旋转方向相反 的旋涡，然后脱离并形成旋涡尾流的现象称为卡曼旋涡。

4.搅拌功率—指搅拌器以一定转速进行搅拌时，对液体做功并使之发生流动所需的功率。

（或 指供给反应器内液体运动的能量） 5.应力腐蚀—金属材料在拉伸应力和特定腐蚀介质的共同作用下引起的断裂。

系 专业班级
姓名
二、
填空题（每空 0.5 分，共 30 分）
1.搅拌器的电机应根据 功率 、 转速 、 工作环境 来选型。

氯离子 含量。

2.奥氏体不锈钢制容器进行水压试验时，应控制水的 3.求解回转壳薄膜应力的两个基本方程是： ⑴名称是 拉普拉斯方程 ⑵名称是 区域平衡方程 4.壳体环焊缝属 B 接管与壳体间焊缝属
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，公式是 σ ϕ R1 + σ θ R2 = − p z t ，公式是 F = 2πrσ ϕ t sin ϕ A 类焊缝,
类焊缝,球形封头与筒体间环焊缝属 D 类焊缝。

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5.压力容器用钢，机械性能指标要求有 6.平板设计公式 S＝
Dc Kp c
([σ ] ϕ )
t
、
、
、
、。

， 是基于 薄板小挠度 结构特征系数 ， 有关。

理论推导和归纳得到的，式中 K 称为 它主要和 周边支承方式
7.固定管板换热器应力校核时，当壳体轴向应力、管子轴向应力、拉脱力不满足要求时，采取 的最有效措施是 加膨胀节 。

失效准则; 分析设计方法,是基于 塑性 。

8. 规则设计方法,是基于 弹性 失效准则,选用 第三
强度理论,采用这种设计方法的主要目的是 。

， 扩大换热面积 ，
提高容器的安全可靠性
9. 传热强化的途径有 提高传热系数 增大平均传热温差 。

四 动
10.搅拌设备机械密封的密封点有 静环 间的密封，属于
个，关键部分是 密封。

动环
和
11.两端封闭的厚壁圆筒,仅受内压 Pi 作用下,最大弹性应力发生在 应力表达式为: σθ= σr=
内
2
壁面,其 ,
pi ( K 2 + 1) ( K 2 − 1)
,
σz= pi ( K − 1)
− pi。

、 1Cr18Ni9Ti 、 Q235--B 。

12.写出四个压力容器用钢 16MnR 、 20R
13.水平风力 Pi=K1K2iqiHiDei，式中 K2i 是考虑了 和 塔体的动力特性 对风力的影响。

载荷的脉动性质
14.用 Waters 法计算法兰应力时，将高颈法兰分为 薄壳 法兰环
， 锥颈
，
三部分进行分析，给出 5 个应力校核条件，其中 maxσz 的位置是在 锥颈大 ，maxσr 的位置是在 环内表面上部 ，
端或小端的外表面
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maxσt 的位置是在 …………………………………………密…………………………封……………………………………线…………………………………
环内表面下部。

15.环境对钢材性能影响因素有 温度 、 介质 、 载荷波动 、 加载速率 。

16.分析设计进行应力分类时，边缘应力中的弯曲应力属于 二次 一次总体薄膜 应力，厚壁筒的σz 属于 应
应力，由 Pi 在结构不连续区产生的薄膜应力属于 一次局部薄膜
力，由结构不连续效应产生的薄膜应力属于 一次局部薄膜 17.常见安全泄放装置有 应力，总体温差应力属于 安全阀 ， 爆破片 二次 。

应力。

学号 (密封线外不要写姓名、学号、班级、密封线内不准答题，违者按零分计)
判断下列说法是否正确？如是错误的，请改正之。

三、 判断下列说法是否正确？如是错误的，请改正之。

（判断每个 1 分，改正每个 1 分，共 15 分） 1. 换热器壳程是液体时，可不考虑声振动。

答：正确。

姓名
2. 固定管板式换热器，壳体上设置膨胀节，可以有效地消除温差应力。

答：错误。

固定管板式…，可以有效地减小温差应力。

3. 搅拌轴主要是受弯曲作用。

答：错误。

搅拌轴主要是受扭转作用。

系 专业班级
4. 由于分析设计先进合理，所以它可代替规则设计。

答：错误。

分析设计和规则设计是两种并行的设计方法，不能互相代替。

5. 设计法兰时，为充分利用材料，可使用塑性失效准则。

答：错误。

设计法兰时，为了确保密封，不能使法兰产生塑性变形。

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6. 热加工最终无加工硬化现象。

答：正确。

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7. 并不是所有金属都会低温脆断。

答：正确。

8. 对两端为标准椭圆形封头的薄壁内压容器，当加压超过其工作压力并不断 上升时，容器最后总是强度失效。

答：错误。

对两端为标准…，容器最后除强度失效外，还有赤道处的失稳问题。

9．鞍座包角增加，对设备的筒体受力有利，对鞍座受力不利。

答：正确。

10．相同条件时，采用插入式接管比平齐式接管的应力集中系数要小。

答：正确。

四、 简答题（共 20 分）
1. 对正压塔和负压塔应进行哪些组合应力校核？并写出校核条件式。

分） （5 答：塔体受轴向应力有： ⑴由 p → σ 1 =
正压 → 拉 pDi → 4s 负压 → 压 9.8m0 ⑵由 m0 → σ 2 = →压 πDi s
⑶由 M max → σ 3 =
迎风(地震)侧 → 拉 → 0.785Di s 背风(地震)侧 → 压 M w + M D （式中： M max =  → 取较大者 ） M E + 0.25M W + M D
M max
2
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组合 max
∑ σ 校核条件式：
∑σ
拉
迎风侧有 max
正压塔：操作时σ 1 − σ 2 + σ 3 ≤ ϕ [σ ]t  = 负压塔：非操作时(σ 1 = 0) − σ 2 + σ 3 ≤ ϕ [σ ]t 
学号
背风侧有 max
∑σ
压
正压塔：非操作时(σ 1 = 0)σ 2 + σ 3 ≤ [σ ]cr = 负压塔：操作时σ 1 + σ 2 + σ 3 ≤ [σ ]cr
[σ ]t = → 取较小者 ） B
(密封线外不要写姓名、学号、班级、密封线内不准答题，违者按零分计)
（式中： [σ ]cr
2．无力矩理论与有力矩理论的区别。

分） （4 答：有力矩理论：即弯曲理论，同时考虑薄膜内力和弯曲内力的壳体理论。

无力矩理论：即薄膜理论，只考虑薄膜内力，而忽略弯曲内力。

姓名
3．应力分类的依据是什么？（3 分） 答：根据应力产生的原因、应力的分布情况及对失效的影响进行分类。

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4．影响管板强度、刚度的主要因素有哪些？（4 分） 答：⑴ ⑵ ⑶ ⑷ 管束对管板的支承作用； 管孔对管板强度、刚度的影响； 管板周边支承形式的影响； 温差对管板的影响。

5．减小焊接应力与变形的措施有哪些？（4 分） 答：⑴ 减少焊接接头的数量; ⑵ 相邻焊缝间保持足够间距,尽可能避免焊缝交叉; ⑶ 焊缝不要布置在高应力区; ⑷ 焊前预热,焊后热处理。

学院
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五、 请画出下列结构简图（共 10 分）
1．塔设备单质点、双质点、三质点的振型图。

分） （3
2．换热器中管程分程隔板与管板的连接结构。

分） （3
3．如塔体端盖是拼焊而成，则端盖与裙座焊接时，应采取什么措施？并用结构图 表示出来。

分） （4
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六、 计算题（共 15 分）
1．一台无安全控制装置的钢制真空设备，计算长度 25m，内径 1m，壁厚 8mm，弹性模量为 2.1
5
学号
×10 MPa,这台设备满足稳定性要求吗？如不满足要求，应采取什么有效措施？（5 分） 解：无安全控制装置时 p设 = 0.1Mp a ， L计 = 25m ， Di = 1m ， t = 8mm 这台设备的 Lcr = 1.17 D0 D0 t = 1.17 × 1.016 1016 8 = 13.4m 由于 Lcr＜L计 ，故此设备属于长圆筒。

长圆筒的 p cr = 2.2 E (t D0 ) = 0.226 Mp a
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姓名
许用外压 [ p ] = p cr m = 0.226 3 = 0.075Mp a＜p设 ，故这台设备不满足稳定性要求， 应采取的有效措施是设置加强圈。

2．一卧式圆筒形容器，内径 Di=2000mm，设计压力 3.5MPa ，设计温度 150℃,介质对筒壁的 腐蚀速率 0.3mm/年，设计寿命 10 年，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，且进行 100％无损检测, 材料为 16MnR,试确定圆筒壁厚。

（忽略液柱静压力） （10 分） 16MnR 许用应力按下表选取： 钢号 厚度 /mm 16MnR 6～16 ＞16～36 常温强度指标 σb/MPa 510 490 σs/MPa 345 325 在下列温度（℃）下的许用应力/Mpa ≤20 170 163 100 170 163 150 170 163 200 170 159
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解：⑴ 选名义厚度 t n 大约在 16～36mm 之间 设计参数： p = 3.5Mp a ， [σ ] = 163Mp a ， ϕ = 1 ， C 2 = 0.3 × 10 = 3mm ，
t
C1 = 0 (当 16MnR 厚度超过 5mm 时,可取 C1=0)
厚度计算： t d =
2[σ ] ϕ − p
t
pDi
+ C2 =
3.5 × 2000 + 3 =21.7+3=24.7mm 2 × 163 × 1 − 3.5
t
t d + C1 = 24.7 mm → 圆整得t n = 25mm (与查 [σ ] 和 C1 时厚度范围一致)
所以圆筒壁厚为 25mm。

⑵ 最小厚度校核： 圆筒需 t min ≮ 3mm ，取 3mm＜ t n − C 2） （ =22mm，满足要求。

⑶ 水压试验强度校核： ① 试验压力： pT = 1.25 p
[σ ] [σ ]t
= 1.25 p =1.25×3.5= 4.375Mpa
② 强度校核： σ T =
pT ( Di + t e ) 4.375(2000 + 22) = = 201Mp a 2t e 2 × 22
由于 σ T＜ 0.9ϕσ s = 0.9 × 1 × 325 = 292.5Mp a /所以水压试验强度满足要求。

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。