化工设备机械基础习题及答案解析
[理学]化工设备机械基础习题解答
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EXERCISE EXPLANATION AND DESIGNING OF THE BASIC OF CHEMICAL EQUIPMENT AND MECHANISM .. 错误！未定义书签。
第一章刚体的受力分析及其平衡规律 .. (2)第一部分例题及其解析 (2)第二部分习题及其解答 (10)第二章金属的力学性能 (18)第一部分例题及其解析 (18)第二部分习题及其解答 (19)第三章受拉（压）构件的强度计算与受剪切构件的实用计算 (22)第一部分例题及其解析 (22)第二部分习题及其解答 (24)第四章直梁的弯曲 (27)第一部分例题及其解析 (27)第二部分习题及其解答 (35)第五章圆轴的扭转 (39)第一部分例题及其解析 (39)第二部分习题及其解答 (43)第六章压力容器与化工设备常用材料 (46)第一部分习题及其解析 (46)第七章压力容器中的薄膜应力、弯曲应力、与二次应力 (48)第一部分习题及其解析 (48)第八章内压容器 (52)第一部分例题及其解析 (52)O(c)CAB(a )第二部分 习题及其解答 (55)第九章 外压容器与压杆的稳定计算 (60)第一部分 例题及其解析 .................................................................................................................. 60 第二部分 习题及其解答 .. (67)第一章 刚体的受力分析及其平衡规律第一部分 例题及其解析1.下图(a)是一个三角支架，它由两根杆和三个销钉组成，销钉A 、C 将杆与墙 连接，销钉B 则将两杆连接在一起。
当AB 杆中央 置一重物时，试确定AB 杆两端的约束反力力线方 位（杆的自身质量不计）。
化工机械基础试题库及答案解析
化工机械基础试题库及答案解析一、单选题1. 下列关于化工设备材料选择的描述，错误的是：A. 根据介质的腐蚀性选择材料B. 根据设备的工作温度选择材料C. 根据设备的工作压力选择材料D. 根据设备的美观性选择材料答案：D2. 化工设备中，承受压力的部件通常称为：A. 壳体B. 封头C. 法兰D. 垫片答案：B3. 化工设备设计时，需要考虑的因素不包括：A. 设备的强度B. 设备的刚度C. 设备的重量D. 设备的颜色答案：D二、多选题1. 化工设备常见的腐蚀类型包括：A. 化学腐蚀B. 电化学腐蚀C. 物理腐蚀D. 生物腐蚀答案：A、B、D2. 下列哪些因素会影响化工设备的使用寿命：A. 材料的耐腐蚀性B. 设备的维护保养C. 操作人员的技术水平D. 设备的制造工艺答案：A、B、C、D三、判断题1. 化工设备的设计必须满足工艺要求和安全要求。
（对）2. 化工设备的设计可以不考虑环境因素。
（错）3. 化工设备的材料选择应优先考虑成本。
（错）四、简答题1. 简述化工设备设计中的压力容器设计要点。
答案：压力容器设计要点包括：确定容器的工作压力和工作温度；选择合适的材料；确保容器的结构强度和刚度；考虑腐蚀和磨损的影响；进行必要的热应力分析；确保容器的密封性能；考虑操作和维护的便利性。
2. 描述化工设备中常见的密封方式及其适用场合。
答案：常见的密封方式包括：填料密封，适用于低速、低压力的场合；机械密封，适用于高速、高压力的场合；软密封，适用于腐蚀性介质和有毒介质的密封；硬密封，适用于高温、高压的场合。
五、计算题1. 已知某化工设备的设计压力为1.0MPa，设计温度为200℃，材料的许用应力为150MPa，求该设备的最小壁厚。
答案：根据公式t = (P * D) / (2 * σ)，其中P为设计压力，D为设备直径，σ为材料的许用应力，可计算出设备的最小壁厚。
2. 设计一个化工设备，其容积为5立方米，工作压力为0.5MPa，工作温度为100℃，材料为碳钢，求该设备的设计壁厚。
化工设备机械基础课后习题答案(较完整版)__第二版__赵军张红忱段正红主编__来自西大
MZ 0
[(T1 t1) 500 (T2 t2 ) sin 301500)] NBY 2000 0 NBY 4.125KN
MY 0
(T2 t2 ) sin 301500 NBZ 2000 0
NBZ 3.897KN
Z 0
N AZ NBZ (T2 t2 ) cos 30 0
14.8
螺栓应至少为16个
解 选取C为研究对象 1、如图所示，由平衡方程得
∑Fx=0 FAC Cos30o－FBCCos30o=0 ∑Fy=0 FAC Sin30o－F＋FBCSin30o =0 解得 FAC =FBC=F
2、许用应力为 杆AC的承载极限：
F1
σ AC
AAC
160 106
（3）作剪力图和弯矩图
Me M1
ql 2 2
0
FAy ql
ql 2 M1 2
（2）列剪力方程和弯矩方程
（3）作剪力图和弯矩图
FS (x)=ql qx (0< x< l)
M
(x)
M1
qx2 2
+FAy x
(0 x< l)
（2）列剪力方程和弯矩方程
FA
FB
3ql 2
0
FBl
3ql 2
3l 4
解b 使用截面法，沿截面1-1将杆分 成两段，取出右段并画出受力图（b）
用FN1表示左段对右段的作用， 由平衡方程∑Fx=0，得FN1 =F（拉）
同理，可以计算横截面2-2上的轴 力FN2，由截面2-2右段图（c）的平 衡方程Fx=0 ∑，得FN2= F（压）
同理，可以计算横截面3-3上的轴力 FN3，由截面3-3左段图（d）的平衡 方程∑Fx=0，得FN3=F（拉）
化工设备机械基本作业任务答案解析
《化工设备机械基础》习题解答二、填空题1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（内）径。
2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（外）径。
3、查手册找出下列无封钢管的公称直径DN是多少毫米？4、压力容器法兰标准中公称压力PN有哪些等级？5、管法兰标准中公称压力PN有哪些等级？第三章内压薄壁容器的应力分析一、名词解释A组：⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的内径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面内的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。
二、判断题（对者画√，错着画╳）A 组：1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体内压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁内应力？哪些不能？（1） 横截面为正六角形的柱壳。
（×）（2） 横截面为圆的轴对称柱壳。
（√）（3） 横截面为椭圆的柱壳。
（×）（4） 横截面为圆的椭球壳。
（√）（5） 横截面为半圆的柱壳。
（×）（6） 横截面为圆的锥形壳。
（√）2. 在承受内压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。
（×）3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 21=，则该点的两向应力σσθ=m 。
（√）4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁内的应力总是小于壁厚小的容器。
化工设备机械基础习题和答案
《化工设备机械基础》习题解答《化工设备机械基础》习题解答第一篇:化工设备材料第一章化工设备材料及其选择一.名词解释A 组:1. 蠕变:在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2. 延伸率:试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3. 弹性模数(E) :材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε，比例系数E 为弹性模数04. 硬度:金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5. 冲击功与冲击韧性:冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6. 泊桑比(口):拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材，二o. 3 07. 耐腐蚀性:金属和合金对周围介质侵蚀(发生化学和电化学作用引起的破坏)的抵抗能力。
8. 抗氧化性:金属和合金抵抗被氧化的能力。
9. 屈服点:金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10. 抗拉强度:金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
B 组:1. 镇静钢: 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂Si，Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO 中的氧还原出来，生成Si02 和A1203 0钢镀膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢键上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2. 沸腾钢:沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn 脱氧，是脱氧不完全的钢。
其链模上小下大，浇注后钢液在键模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢徒中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全键之中，因而内部结构疏松。
3. 半镇静钢:介于镇静钢和沸腾钢之间，链模也是上小下大，钢链内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
4. 低碳钢:含碳量低于0.25% 的碳素钢。
化工设备机械基础作业问题详解
《化工设备机械基础》习题解答二、填空题1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的（ ）径。
2、无缝钢管做筒体时，其公称直径是指它们的（ 外）径。
第三章 压薄壁容器的应力分析一、名词解释A 组：⒈薄壁容器：容器的壁厚与其最大截面圆的径之比小于0.1的容器。
⒉回转壳体：壳体的中间面是直线或平面曲线绕其同平面的固定轴线旋转360°而成的壳体。
⒊经线：若通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。
⒋薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
⒌第一曲率半径：中间面上任一点M 处经线的曲率半径。
⒍小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。
⒎区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。
⒏边缘应力：压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。
⒐边缘应力的自限性：当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，弹性约束开始缓解，原来不同的薄膜变形便趋于协调，边缘应力就自动限制。
二、判断题（对者画√，错着画╳）A 组：1. 下列直立薄壁容器，受均匀气体压力作用，哪些能用薄膜理论求解壁应力？哪些不能？（1） 横截面为正六角形的柱壳。
（×）（2） 横截面为圆的轴对称柱壳。
（√）（3） 横截面为椭圆的柱壳。
（×）（4） 横截面为圆的椭球壳。
（√）（5） 横截面为半圆的柱壳。
（×）（6） 横截面为圆的锥形壳。
（√）2. 在承受压的圆筒形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴与筒体轴线平行。
（×）3. 薄壁回转壳体中任一点，只要该点的两个曲率半径R R 21=，则该点的两向应力σσθ=m。
（√）4. 因为压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，则壁厚大的容器，壁的应力总是小于壁厚小的容器。
（×）5. 按无力矩理论求得的应力称为薄膜应力，薄膜应力是沿壁厚均匀分布的。
（√）B 组：1. 卧式圆筒形容器，其介质压力，只充满液体，因为圆筒液体静载荷不是沿轴线对称分布的，所以不能用薄膜理论应力公式求解。
化工设备机械基础例题、习题解答
1．画受力图时，一定要先取分离体，再画受力图。
取分离体实质上是暴露或显示物体间相互作用的一种方式，只有把施力体和受力体分离开来，才能将它们之间的机械作用以力代替。
另外，工程上所要的分析结构或机构一般很复杂，如果不取分离体来画受力图，往往分不清施力体和受力体，分不清内力和外力，容易出错。
因此，根据题目的要求，选定某个或某些刚体作为研究对象后，一定要画出分离体，在分离体上画出受力图，对此不应怕麻烦。
2．如何判别二力刚体。
在工程实际中遇到的二力刚体，有以下特点：（1）刚体不受任何主动力的作用（包括不计自重）；（2）刚体只受两个约束，而且每个约束都可用一个约束反力代替。
凡是满足以上两点的刚体，不论形状如何都为二力刚体。
3．光滑圆柱铰链连接是工程中各构件相互连接的主要形式，因此，认清光滑圆柱铰链的结构及其约束反力的方向特点是顺利进行受力分析的关键一环。
当一个光滑圆柱销钉与两个或两个以上带有相同孔径（其值略比销钉直径大）的构件呈光滑接触时，这种约束即为光滑圆柱铰链约束。
其约束的特点是能完全限制各被连接物体之间沿销钉径向的任何相对位移，而不能限制它们绕销钉轴向的任何相对转动，因此，各连接构件与销钉鞋之间的接触是销钉某条母线的光滑接触，其约束反力经过接触点并沿销钉的径向，被销钉连接的各构件间没有直接的相互作用，它们都分别只与销钉产生相互作用，根据同向平行力系必存在合力，任一被连构件与销钉之间可等效为一对作用与反作用力，且这对相互作用力的作用线必通过销钉中心。
由于接触的销钉母线的位置及其等效的约束反力的大小，都与被连构件的受力相关，故被连构件所受到的销钉约束反力的大小和方向都不能直接确定，通常用过销钉中心，且在销钉横截面内两已知方位的正交分量来表示，即把大小和方向这两个未知因素转化为两个方位已知而其代数值未知的两未知因素。
只有在某些特殊情况，如被连构件为二力刚体或三力平衡或力偶平衡或平行力系平衡时，销钉的约束反力的方向才可直接确定，此时只剩下约束反力的大小未知。
化工设备机械基础习题(含答案).
1. 图示结构,AB 杆为5号槽钢,许用应力[]MPa 1601=σ,BC 杆为2=bh 的矩形截面长杆, 截面尺寸mm h 100=,许用应力[]MPa 82=σ已知:承受的载荷KN P 128=。
(1校核结构的强度。
(2若要求两杆的应力都达到各自的许用应力, 两杆的截面尺寸应取多大?2. 圆孔拉刀的柄用销板和拉床拉头联接,最大拉销力P=136KN,尺寸:d=50㎜,t=12㎜,a=20㎜,b=60㎜。
销板的许用剪应力[τ]=120Mpa,许用挤压应力[σjy]=260Mpa,试校核销板的强度。
3. 图示一起重机及行车梁,梁由两根工字钢组成,起重机自重KN G 50=,起重量KN P 10=,若[]MP a 160=σ,[]MPa 100=τ,试选定工字钢的型号。
4.已知等截面轴输入与输出的功率如图所示,转速rmp n 15=。
[],40MPa =τ[]GPaG m 80,3.0== υ,试设计轴的直径。
1.解:(1求两杆的轴力03060=+ Cos S Cos S BC AB 代入数值得KN S AB 85.110=03060=--P Sin S Sin S BC BCKN S BC 64-=(与假设方向相反(2校核强度AB 杆:[]1231601093.61085.110σσ==⨯⨯==MPa A S AB AB AB AB 杆即可选用5号槽钢BC 杆:[]238.12501001064σσ>=⨯⨯==MPa A S BC BC BC 强度不够重新选截面:[]2322800081064mm S A BC =⨯=≥σ80002=⨯b b mm b 25.63= mm h 5.126=尺寸为27.124.6cm h b ⨯=⨯2.解:(1剪切强度M P a bt P A Q 4.94126021013623=⨯⨯⨯===τ<[]τ(2挤压强度[]jy jyjy MPa dt P σσ 7.2261250101363=⨯⨯==所以销板的强度足够。
化工设备机械基础例题详解及思考题
（1）试求容器上 A、B、C 各点的薄膜应力 m 和 。 （2）分别画出筒体和封头的经向应力 m 和环向应力 的分布图。 解：（1）计算 A、B、C 各点的薄膜应力 圆筒上的 B 点：
??4pdm?圆筒???2pd?圆筒125mpa2mpd???????125mpa2pd???????625mpa4mpd????125mpa2pd?????114434mpa2cospd???????17217mpa4cosmpd??????图34例题31附图2化工设备机械基础课后习题与参考答案???cos12??prm圆锥????cos1??pr圆锥比较圆筒与圆锥壳的薄膜应力公式可知圆锥壳大端的应力与圆筒的应力之间有如下关系
第二章 容器设计基本知识
例题详解
[例题 2-1] 《压力容器安全技术监察规程》是怎样对压力容器的类别进行划分的？
解：固定式压力容器安全技术监察规程 TSG0004-2009 对压力容器类别的划分综合考虑了容器
的压力、容积、介质及用途方面的特性进行分类，反映了容器整体特性指标，有利于压力容器的安 全技术监督和管理。该方法将压力容器分为三类，如图 2.1 和图 2.2 所示。
（）
（四）填空
1. 容器零部件标准化的两个基本参数分别是
和
。
2. 划定下列容器的类别
序号 设计压力 P/ MPa
介质
种类
1
0.6Βιβλιοθήκη 氯乙烯分离容器（毒性 Ш 级）
2
0.8
丁烷（易燃） 贮存容器
3
1.0
水蒸汽
废热锅炉
4
壳程 1.9
《化工设备机械基础》习题解答.
和MP S
m
638
44=⨯=
=
σ
S
P R
R
m =
+
2
1
θ
MP S
PD
634==
σ
θ
2.圆锥壳上之A点和B点，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。
αcos 2, :
21D
A R R =
∞=点
MP S PD m
58. 14866
. 01041010
有效壁厚：Se = Sn－C = 16－3 = 13 mm（2）强度校核
最大允许工作压力[Pw ]
][ 2][e
i e t
w S D S p +=
φσMPa 33. 213
160013
85. 01702=+⨯⨯⨯=
∵ Pc＞[Pw ] ∴该贮罐强度不足
9、设计容器筒体和封头厚度。已知内径D i =1400mm,计算压力p c =1.8MPa,设计温度为40℃,材质为15MnVR,
mm p D Kp S c
t
i c 1. 78
. 15. 00. 1177214008. 10. 15. 0][2=⨯-⨯⨯⨯⨯=
-=
φσ
名义壁厚：S n =S+C+圆整，S+C=7.1+1.25=8.35mm.
圆整后，S n =9mm.标准碟形封头：
mm p D Mp S c
t
i c 4. 98
. 15. 00. 1177214008. 1325. 15. 0][2=⨯-⨯⨯⨯⨯=
名义壁厚：S n =S+C+圆整，S+C=7.16+1.25=8.41mm.
化工设备机械基础习题(含答案)
1. 图示结构，AB 杆为5号槽钢，许用应力[]MPa 1601=σ，BC 杆为2=bh的矩形截面长杆， 截面尺寸mm h 100=，许用应力[]MPa 82=σ已知：承受的载荷KNP 128=。
（1）校核结构的强度。
（2）若要求两杆的应力都达到各自的许用应力， 两杆的截面尺寸应取多大？1.解：（1）求两杆的轴力03060=+Cos S Cos S BC AB 代入数值得KNS AB 85.110=03060=--P Sin S Sin S BC BCKN S BC 64-=（与假设方向相反）（2）校核强度 AB 杆：[]1231601093.61085.110σσ==⨯⨯==MPa A S AB AB ABAB 杆即可选用5号槽钢BC 杆：[]238.12501001064σσ>=⨯⨯==MPa A S BC BC BC强度不够 重新选截面：[]2322800081064mm S A BC=⨯=≥σ80002=⨯b b mm b 25.63= mm h 5.126=尺寸为2. 圆孔拉刀的柄用销板和拉床拉头联接，最大拉销力P=136KN ，尺寸：d=50㎜，t=12㎜，a=20㎜，b=60㎜。
销板的许用剪应力[τ]=120Mpa ，许用挤压应力[σjy ]=260Mpa ， 试校核销板的强度。
2.解：（1）剪切强度M P a bt PA Q 4.94126021013623=⨯⨯⨯===τ＜[]τ（2）挤压强度[]jy jyjyMPa dt P σσ 7.2261250101363=⨯⨯==所以销板的强度足够。
3. 图示一起重机及行车梁，梁由两根工字钢组成，起重机自重KNG 50=，起重量KN P 10=，若[]MPa 160=σ，[]MPa 100=τ，试选定工字钢的型号。
3.解：（1）确定起重机的两个轮子作用给梁的载荷F C 和F D 由起重机的受力平衡关系可求得：0=∑CM052=--G P F DKN F D 50250105=+⨯=KNF C 105060=-=（2）确定梁内的最大弯矩M max由于起重机在梁上行走，作用在梁上的是两个移动的集中载荷。
化工设备机械基础习题及答案
1. 化工厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。
设起吊重量G=10KN，求钢绳AB、BC及BD的受力大小。
设BC、BD与水平夹角为60℃。
2. 桅杆式起重机由桅杆D、起重杆AB和钢丝BC用铰链A连接而组成。
P＝20KN，试求BC绳的拉力与铰链A的反力(AB杆重不计)。
3. 起吊设备时为避免碰到栏杆，施一水平力P，设备重G=30KN，求水平力P及绳子拉力T。
4. 悬臂式壁架支承设备重P(KN)，壁架自重不计，求固定端的反力。
5. 化工厂的塔设备，塔旁悬挂一侧塔。
设沿塔高受风压q(N／m)，塔高H(m)，侧塔与主塔中心相距为e(m)，主塔重P1(KN)，侧塔重P2(KN)。
试求地面基础处的支座反力。
6. 梯子由AB与AC两部分在A处用铰链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光滑面上。
在AC上作用有一垂直力P。
如不计梯子自重，当P＝600N，α=75℃，h=3m，a＝2m时，求绳的拉力的大小。
.7 试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力。
杆的横截面面积A为250mm2，P=10KN。
8. 一根直径d=3mm，长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN，其伸长为ΔL=2.2mm。
试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E。
参考答案9. 一根钢杆，其弹性模量E=2.1×105MPa，比例极限σp=210MPa；在轴向拉力P作用下，纵向线应变ε=0.001。
求此时杆横截面上的正应力。
如果加大拉力P，使杆件的纵向线应变增加到ε=0.01，问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么？10. 两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆，b=60mm，δ=10mm。
已知钢板的许用应力[σ]=160MPa，对接焊缝许用应力[σ]＝128MPa，拉力P=60KN。
(完整版)化工设备机械基础习题及答案
1. 化工厂安装塔设备时，分段起吊塔体如图所示。
设起吊重量G=10KN，求钢绳AB、BC及BD的受力大小。
设BC、BD与水平夹角为60℃。
2. 桅杆式起重机由桅杆D、起重杆AB和钢丝BC用铰链A连接而组成。
P＝20KN，试求BC绳的拉力与铰链A的反力(AB杆重不计)。
3. 起吊设备时为避免碰到栏杆，施一水平力P，设备重G=30KN，求水平力P及绳子拉力T。
4. 悬臂式壁架支承设备重P(KN)，壁架自重不计，求固定端的反力。
5. 化工厂的塔设备，塔旁悬挂一侧塔。
设沿塔高受风压q(N／m)，塔高H(m)，侧塔与主塔中心相距为e(m)，主塔重P1(KN)，侧塔重P2(KN)。
试求地面基础处的支座反力。
6. 梯子由AB与AC两部分在A处用铰链联结而成，下部用水平软绳连接如图放在光滑面上。
在AC上作用有一垂直力P。
如不计梯子自重，当P＝600N，α=75℃，h=3m，a＝2m时，求绳的拉力的大小。
.7 试用截面法求各杆件所标出的横截面上的内力和应力。
杆的横截面面积A为250mm2，P=10KN。
8. 一根直径d=3mm，长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30KN，其伸长为ΔL=2.2mm。
试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E。
参考答案9. 一根钢杆，其弹性模量E=2.1×105MPa，比例极限σp=210MPa；在轴向拉力P作用下，纵向线应变ε=0.001。
求此时杆横截面上的正应力。
如果加大拉力P，使杆件的纵向线应变增加到ε=0.01，问此时杆横截面上的正应力能否由虎克定律确定，为什么？10. 两块Q235-A钢板用E4301焊条对焊起来作为拉杆，b=60mm，δ=10mm。
已知钢板的许用应力[σ]=160MPa，对接焊缝许用应力[σ]＝128MPa，拉力P=60KN。
试校核其强度。
11. 已知反应釜端盖上受气体内压力及垫圈上压紧力的合力为400KN，其法兰联接选用Q235-A钢制M24的螺栓，螺栓的许用应力[σ]=54MPa，由螺纹标准查出M24螺栓的根径d=20.7mm，试计算需要多少个螺栓(螺栓是沿圆周均匀分布，螺栓数应取4的倍数)。
《化工设备机械基础》习题解答
1 《化工设备机械基础》习题解答第一篇: 化工设备材料第一章化工设备材料及其选择一. 名词解释A组 1.蠕变在高温时在一定的应力下应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率试件受拉力拉断后总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数E材料在弹性范围内应力和应变成正比即σEε比例系数E为弹性模数。
4.硬度金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊桑比μ拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材μ0.3 。
7.耐腐蚀性金属和合金对周围介质侵蚀发生化学和电化学作用引起的破坏的抵抗能力。
8.抗氧化性金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点金属材料发生屈服现象的应力即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度金属材料在受力过程中从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
B组 1.镇静钢镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂Si Al等完全脱氧脱氧是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来生成SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小浇注后钢液从底部向上向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔内部紧密坚实。
2.沸腾钢沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧是脱氧不完全的钢。
其锭模上小下大浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应放出大量CO 气体造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡布满全锭之中因而内部结构疏松。
3.半镇静钢介于镇静钢和沸腾钢之间锭模也是上小下大钢锭内部结构下半部像沸腾钢上半部像镇静钢。
4.低碳钢含碳量低于0.25的碳素钢。
5.低合金钢一般合金元素总含量小于5的合金钢。
6.碳素钢这种钢的合金元素含量低而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
7.铸铁含碳量大于2的铁碳合金。
《化工设备机械基础》习题解答.
1010
==b
a
标准椭圆形封头
b b
b y x A R R
2
22
1
, :
, 0=
=
==点（
MP S
Pa m
5. 5020
10101=⨯=
=
=θσσ
MPa sb
P B b a x a
m
3. 43 (2 2
2
2
4
=--
=
σ
点：
MPa b a x a a sb
P b
a
x a
7. 27 (2 (2 22244
二.指出下列钢材的种类、含碳量及合金元素含量Ａ组
B组：
第二章
容器设计的基本知识
一.、指出下列压力容器温度与压力分级范围
第三章内压薄壁容器的应力分析
和MP S
m
638
44=⨯=
=
σ
S
P R
R
m =
+
2
1
θ
MP S
PD
634==
σ
θ
2.圆锥壳上之A点和B点，已知：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。
cr
e cr 2. 1625]
[ (
(295. 12215517. 10
【解】（1）确定参数：D i =10m; S n =22mm; υ=1.0; C=2mm; [σ]t =147MPa.
S e = Sn -C=20mm.
（2）最大工作压力：球形容器.
a e
i e t
w MP S D S P 17. 120
1000020
0. 11474][4][=+⨯⨯⨯=
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2.3.4.5.6.7.8.9.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 a25.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 aMP 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=20mmφ=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 1.111202)202000(2.22)(=⨯+⨯=+=σ2、 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.S e = S n -C=20mm.（2）最大工作压力：球形容器.a e i e t wMP S D S P 17.12010000200.11474][4][=+⨯⨯⨯=+=φσ3、 某化工厂反应釜,内径为1600mm,工作温度为5℃~105℃,工作压力为1.6MPa,釜体材料选用0Cr18Ni9Ti 。
采用双面焊对接接头,局部无损探伤,凸形封头上装有安全阀,试设计釜体厚度。
【解】（1）确定参数：D i =1600mm; t w =5~105℃;p w =1.6MPa; p c =1.1 p w =1.76MPa （装有安全阀） φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤） C 2=0（对不锈钢，当介质腐蚀性轻微时）材质：0Cr18Ni9Ti [σ]t =112.9MPa （按教材附录9表16-2，内插法取值）[σ] =137MPa（2）计算厚度：mm p D p S ct i c 8.1476.185.09.1122160076.1][2=-⨯⨯⨯=-=φσC 1=0.8mm （按教材表4-9取值，GB4237-92《不锈钢热轧钢板》）,C=C 1+C 2=0.8mm.名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=14.8+0.8=15.6mm. 圆整后，S n =16mm. （1） 水压试验校核s ee i T T S S D p φσσ9.02)(≤+=有效壁厚 S e = S n -C=16-0.8=15.2mm 试验压力 M P a PP tT 67.29.11213776.125.1][][25.1=⨯⨯==σσ 计算应力 141.86MPa 15.22 15.2)(16002.67 2)(=⨯+⨯=+=e e i T T S S D P σ 应力校核MPa 8.15685.02059.0 9.0=⨯⨯=φσsφσσS T 9.0 < ∴ 水压试验强度足够4、 有一圆筒形乙烯罐,内径D i =1600mm,壁厚S n =16mm,计算压力为p c =2.5MPa,工作温度为-3.5℃，材质为16MnR,采用双面焊对接接头,局部无损探伤,厚度附加量C=3mm,试校核贮罐强度。
【解】（1）确定参数：D i =1600mm; S n =16mm; t w =-3.5℃; p c =2.5MPa.φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤）16MnR ： 常温下的许用应力 [σ] = 170 MPa设计温度下的许用应力 [σ]t = 170 MPa常温度下的屈服点 σs = 345 MPa有效壁厚：Se = Sn － C = 16 － 3 = 13 mm（2）强度校核最大允许工作压力[Pw ]][ 2][e i e t w S D S p +=φσMPa 33.21316001385.01702=+⨯⨯⨯= ∵ Pc ＞[Pw ] ∴ 该贮罐强度不足9、 设计容器筒体和封头厚度。
已知内径D i =1400mm,计算压力p c =1.8MPa,设计温度为40℃,材质为15MnVR,介质无大腐蚀性.双面焊对接接头,100%探伤。
封头按半球形、标准椭圆形和标准碟形三种形式算出其所需厚度,最后根据各有关因素进行分析,确定一最佳方案。
【解】（1）确定参数：D i =1400mm; p c =1.8MPa; t=40℃;φ=1.0（双面焊对接接头,100%探伤）；C 2=1mm.（介质无大腐蚀性）15MnVR ：假设钢板厚度: 6~16mm ，则：[σ]t =177MPa ， [σ] =177MPa ，σs = 390 MPa（2）筒体壁厚设计：mm p D p S c t ic 16.78.10.1177214008.1][2=-⨯⨯⨯=-=φσ C 1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94《压力容器用钢板》）C=C 1+C 2=1.25mm.名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=7.16+1.25=8.41mm.圆整后，S n =9mm.（3） 筒体水压试验校核s ee i T T S S D p φσσ9.02)(≤+= 有效壁厚 S e = S n -C=9-1.25=7.75mm试验压力 M P a P P t T 25.21771778.125.1][][25.1=⨯⨯==σσ 计算应力 204.35MPa 7.752 7.75)(14002.25 2)(=⨯+⨯=+=e e i T T S S D P σ 应力校核 MPa 35113909.0 9.0=⨯⨯=φσsφσσS T 9.0 < ∴ 筒体水压试验强度足够（4）封头厚度设计半球形封头： mm p D p S c t ic 57.38.10.1177414008.1][4=-⨯⨯⨯=-=φσ C 1=0.25mm （按教材表4-9取值，GB6654-94《压力容器用钢板》） C=C 1+C 2=1.25mm. 名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=3.57+1.25=4.82mm. 圆整后，S n =5mm.标准椭圆封头：mm p D Kp S c t ic 1.78.15.00.1177214008.10.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=φσ 名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=7.1+1.25=8.35mm. 圆整后，S n =9mm. 标准碟形封头：mm p D Mp S c t ic 4.98.15.00.1177214008.1325.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯⨯=-=φσ 名义壁厚：S n =S+C+圆整， S+C=9.4+1.25=10.65mm. 圆整后，S n =11mm.。