化工设备机械基础习题及答案解析

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不能用虎克定律计算横截面上的正应力，因为此时应力已远远超出弹性范围。10

.

故，强度足够。

.

12

.

13

.

14

.

15.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

(h)

(i)

(j)

(k)

(l)

(m)

(n)

16.

17.

18.

19.

所以，强度不够 20.

22.

抗剪:抗挤:

23.

24. 销钉所受的的最大剪应力为：

MP a

销钉所受的的最大挤压应力为：

MP a

25.

强度足够

27.

轴的外径:

强度足够

28.

强度足够

29. 计算主应力和方向的公式为：

将(a)(b)(c)各题带入得：

(a)

(b)

(c)

主应力为：

30

.

MP a

MP a

受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的：

31

.

A点受弯矩和力的组合作用

其中，，

，

代入上式得：

32 . 本题为拉扭组合

最大剪应力在圆轴的外圆周上：

最大的拉应力作用在轴的上下边缘处：

第三强度理论：

33

.

第三强度理论：

第四强度理论：

34

.

所以，千斤顶稳定

35

.

需用的最大压力为：

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=20mm

φ=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 1.11120

2)

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.