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 0300，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 ee i T T D p ϕσδδσ9.02≤+=）（10分） l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 5102⨯）（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 =，224cm 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：mmm EA L P EA L P EA L P L 625.01025.610610200102.15010410200105.12010210200100.1204493493493333222111-=⨯-=⨯⨯⨯⨯⨯-+⨯⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯-=++=∆----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 16305.0642/05.010243max max max =⨯⨯=⋅=πσ M f EJ Z -=''，积分：D Mx f EJ Z +-='，F Dx Mx f EJ Z ++-=221 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 ZC 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()(-⨯-=--=--=θ5、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）解：MPa A P x 93.50-=-=σ，MPa D M n xy y 49.811603-===πτσ MPa MPa xy y x y x 84.11092.592222min max -=+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-±+=τσσσσσσ 000068.5332.362.322或-=-=--=ασσταy x xytg因为y x σσ<，0max 045>α，所以0max 068.53=αMPa MPa 84.110092.59321-===σσσMPa 38.85231max =-=σστ[]σσσσ≤=-=MPa r 8.170313()()()[][]σσσσσσσσ≤=-+-+-=MPa 1.1502121323222146、一设备法兰的操作温度为2800C ，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）解：Q235-A 应按公称压力1.0MPa 级别确定法兰的几何尺寸。

15MnVR 应按公称压力0.6MPa 级别确定法兰的几何尺寸。

选择题1、材料的刚度条件是指构件抵抗（ B ）的能力。

A ．破坏B ．变形C ．稳定性D ．韧性2、一梁截面上剪力左上右下，弯矩左顺右逆，描述正确的是（ A ）。

A ．剪力弯矩均为正B ．剪力弯矩均为负C ．剪力为正弯矩为负D ．剪力为负弯矩为正3、内压容器封头直边的作用是（ B ）。

A ．制造加工容易B ．防止热应力与边缘应力叠加C ．局部加强D ．节约材料4、构件的强度、刚度和稳定性（ C ）A ．只与材料的力学性质有关；B ．只与构件的形状尺寸有关；C ．与A 和B 都有关；D ．与A 和B 都无关。

5、为保证整个机器设备在外力作用下安全可靠地工作，它们的每个构件必须满足三个基本条件，即要有足够的（ C ）A ．强度、刚度、塑性 B. 塑性、韧性、稳定性C ．强度、刚度、稳定性 D. 塑性、韧性、强度6、下述类型设备中，承压性能最好的是（ A ）。

A ．球形容器B ． 圆筒形容器C ．方形容器D ．椭圆形容器7、平面一般力系的平衡条件为（ B ）A ．0F ,0F y x ==∑∑B ．0)(,0,0===∑∑∑i o y x F M F FC ．0=∑x FD ．0)(,0==∑∑i o x F M F8、受外压的圆筒壳体其破坏形式为失稳的是（ C ）A ．长圆筒、刚性圆筒B ．短圆筒、刚性圆筒C ．长圆筒、短圆筒D ．长圆筒、短圆筒、刚性圆筒9、单元体上的主平面是指（ A ）A．剪应力为零的平面 B．既有正应力又有剪应力的平面C．正应力为零的平面 D．既没有正应力又没有剪应力的平面10、优质非合金钢20g表示（ D ）A．含碳量为千分之20的容器用钢B．含碳量为万分之20的容器用钢C．含碳量为千分之20的锅炉用钢D．含碳量为万分之20的锅炉用钢11、关于低碳钢试样拉伸至屈服时，有以下结论，正确的是（ D ）A．应力和塑性变形很快增加，因而认为材料失效；B．应力和塑性变形虽然很快增加，但不意味着材料失效；C．应力不增加，塑性变形很快增加，因而认为材料失效；D．应力不增加，塑性变形很快增加，但不意味着材料失效12、在承受内压的圆柱形容器上开椭圆孔，应使椭圆的长轴（ B ）A．与筒体轴线平行 B．与筒体轴线垂直C．与筒体轴线成45度角 D．任何方向均可13、下述材料中哪一个与其它材料不同类（ C/D ）。

A．低碳钢 B．优质钢 C．铜 D．铸铁14、当采用无缝钢管作为筒体时，其公称直径为（ A ）A．管子的外径 B．管子的内径C．管子的平均直径 D．管子的公称直径15、用三种不同材料制成尺寸相同的试件，在相同的试验条件下进行拉伸试验，得到的应力—应变曲线如图示。

比较三条曲线，可知拉伸强度最高、弹性模量最大、塑性最好的材料是（ A ）A．a、b、cB．b、c、aC．b、a、cD．c、b、a16、化工容器就其整体而言，通常属于轴对称问题，是因为（ D ）A．壳体的几何形状对称于回转轴 B．约束对称于回转轴C．所受外力对称于回转轴 D．A、B、C均是17、根据小变形条件，可以认为（ D ）A．构件不变形B．构件不破坏C．构件仅发生弹性变形 D．构件的变形远小于其原始尺寸18、图示两截面面积相等，则抗弯截面模量W z1/W z2为（ D ）(1) (2)A. 2.25B. 1.0C. 0.67D. 1.519、下述容器中哪一个易发生失稳（ D ）A．高大立式容器 B．高压容器 C．内压容器 D．外压容器20、下述设备哪一项不属于三类压力容器（ D ）A．容积为60m3球形储罐 B．移动式压力容器C．高压容器 D．低压管壳式余热锅炉21、卧式布置的容器其受力情况可简化为（ C ）A．受均布载荷的简支梁 B．受集中载荷作用的简支梁C．受均布载荷的外伸梁 D．受集中载荷作用的外伸梁22、下述各项中哪一个不属于容器附件（ D ）。