过程设备机械设计基础

第二章~第六章习题举例
选择题（单/多）
1. 如图所示，问吊钩的A-A截面受
a) 扭矩 c) 弯矩+拉力 b) 剪力 d) 扭矩+拉力 。
2 两端铰支细长压杆，如在中间加一铰支承， 则欧拉临界应力是原来的 倍。
a） 0.5 b） 1 c） 2 d） 4
3. 直杆在外力作用下，长度会伸长，截面积减小，那么其 体积是否发生变化?
d） GPa
b） KPa
b）0.3
c） MPa
c）0.4
14. 钢材的泊松比约为
。
d）0.5
钢材主要力学性能：弹性模量200GPa。泊松比0.3， 屈服强度150~600MPa，
铝材主要力学性能：弹性模量71GPa。泊松比0.33， 屈服强度100~400MPa， 学习时注意单位和数量级。 泊松比通常小于0.5,橡胶的泊松比较大，通常在0.45 以上。 正确理解和把握材料的拉伸曲线和应力应变曲线
cr
=σ
s
σ
cr
=a-b λ

cr

E 2
2
λ s λ p 小柔度杆 中柔度杆 大柔度杆
λ
6 a 指出图中的二力构件
A AC B BC C A’B’ D
.
C’D’
B' C'
D'
A'
6 b 满足三力平衡汇交定律的构件为
A AC B BC C A’B’ D C’D’
。
二力杆件/二力构件 若一个刚体受到两个力作用处于平衡状态，不管该 刚体是何形状，则这两个力的大小相等、方向相反、 作用在同一条直线上。这种受到二力作用而平衡的 构件称为二力杆件。 二力杆件不一定是直杆。 三力平衡汇交定律 当刚体在三力作用下处于平衡时，若其中两力的作 用线相交于一点，则第三力的作用线必通过该点， 且三力共面。
过程设备机械设计基础
---------学习辅导（4）
华东理工大学 郝俊文
总复习
内容纵览
绪论
总结
第一章 过程设备总论
重中之重 对过程设备的分类要比较明确 习题举例：
1. 除雾器的作用是除去气体中悬浮着的液体颗粒，按 照过程设备的分类标准，它属于 。（单选题）
a）化学反应设备 b）分离设备 c） 物料输送设备 d）传热设备
4. 钢号为2Cr13的钢材，是一种 。 a）优质碳素结构钢 b）合金结构钢 c）不锈钢 d） 工具 钢 5．钢材的弹性模量通常为 GPa左右 。 a） 2 b） 70 c） 110 d） 200 6. 不锈钢1Cr13的名义含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013% 7．某钢材材料的牌号为65，根据该材料的名义含碳量可以知道 这种钢属于 。 a）高碳钢 b）中碳钢 c) 低碳钢 d) 不能确定 8．钢材的弹性模量通常为 200 左右 。 a） Pa b） KPa c） MPa d） GPa
200
400
600
800
0
图3-18
400
200
600
800
°C
°C
任意截面上的正应力和剪应力
cos
2



0 时， max
45 时， max
o
2
sin 2
2
90o时， 0
11．钢材的弹性模量通常为
解答
jy1
P 140.6MPa t1d P 剪 44.7 MPa 2 d 4
P 112.5MPa 2t2 d
<200MPa <200MPa <60MPa
t2 t1 t2
d
jy 2
故 销钉安全。
3 试分析和比较图中两种齿轮的布局，哪一种布局对提 高传动轴强度有利？已知：T1=T2+T3。
力矩：Mo(F) ＝ ± F.d 力偶矩：M＝±F.d
2.5x105 0.5
μ
500
σ
b
100 90
2.0x105
0.4
400
Ψ /%Fra Baidu bibliotek
μ
E
80 70 60 50 40
σ
a
E σ
b
1.0x105
0.2
200
σ
p
δ /%
1.5x105
0.3
300
Ψ
30 20 10
δ
0.5x105
0.1 0 0
100
0
A
B
7 指出图中满足三力平衡汇交定律的构件 B A
A
。
B B
A
B
A
A
A
B
B
C E
B
A
B
A
D
A
C
B
B
D
A
8 下列那些说法是正确的
。
A 力矩的大小与矩心有关； B 力偶矩的大小与矩心有关 C力矩和力偶矩的大小都与矩心无关 D 力矩和力偶矩的大小都描述了外力对构件的转动效果。
9 工作温度由常温升高到500度时，25号钢 力学性能也随之降低。
4. 一纯弯曲的铸铁梁如图，采用T型梁，其最合理的放置 方式是 。
m
2m 2m
m
(a)
(b)
(c)
(d)
5. 对压杆进行稳定计算时，若满足条件：λ>λρ，则杆件为 细长杆，可以用欧拉公式计算得到临界应力，如果采用 直线公式计算，得到的临界应力将 压杆的实际的 临界应力。（多选）
a） 大于 b） 小于 c） 安全 d）危险
第七章习题举例
判断题
（√） 1、齿轮的热处理方法通常为正火或调质，这样处理后， 齿面硬度会增高。 （ ） 2、不锈钢是指成分中含有Cr的合金钢，如2Cr13等。
选择题
1. 不锈钢2Cr13的名义含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013% 2．某材料的牌号为16MnR，该材料的名义含碳量为 。 a） 16% b）1.6% c) 0.16% d) 0.016% 3．某钢材材料的牌号为45，根据该材料的名义含碳量可以知道这 种钢属于 。 a）高碳钢 b）中碳钢 c) 低碳钢 d) 不能确定
计算题
2-1(a) 提示1：该题主要考察 同学们对三力平衡汇 交定律的掌握程度 提示2：要求正确画出 未知力的方向
A
N1
N2
2-1（b) 提示1：该题主要考察 同学们对三力平衡汇 交定律的掌握程度 提示2：要求正确画出 未知力的方向
N1
A
N2
2-7 提示：利用三力 汇交可以直接确 定A铰的受力方 R x 向。 答案
2 下面属于分离设备的有
A 精馏塔 B 斗式提升机 C 锅炉
。（多选题）
D 除雾器
3.按照过程设备的分类标准，锅炉属于
。(单选)
a）化学反应设备 b）分离设备 c） 物料输送设备 d）传热设备
过程设备
反应设备 输送设备 分离设备 传热设备 粉碎设备 加 热 炉
搅 拌 釜 流 化 床 管 式 固 定 床 塔 式
A 屈服强度 B 泊松比 C 延伸率 D 断面收缩率
。
10 直杆拉伸时，下面有关直杆横截面上的应力的说法 哪些是正确的？
A 正应力不等于零； C 正应力等于零； B 剪应力不等于零； D 剪应力等于零。
力矩是用来描述一个外力使物体绕某一点转动的效果。 由于选择点不同，力矩的大小也不相同。 力偶矩是用来描述力偶（两个力）使物体转动效果的物 理量。由于这两个力大小相等，方向相反，所以这一对 力使物体的转动效果（力偶矩）等于两个力分别对平面 上任意一点的力矩之代数和。 因此，力偶矩的大小与矩心无关，事实上，在讨论力偶 矩时，一般不涉及矩心。
a） 2 b） 70 c） 110
GPa左右 。
d） 200
12. 对于两端铰支的细长压杆，如果长度缩短为原来的 一半后仍然为细长压杆，则缩短后的临界压力与没 有缩短时的临界压力相比 。
a） 有所提高 b）有所降低 c）保持不变 d）不能确定
13．钢材的弹性模量通常为 200
a） Pa
a）0.2
左右 。
铸铁属于脆性材料，抗拉强度低，抗压强度高，书图317b， 梁在外力作用下，下边受拉，上边受压， 所以下边必须有较多的材料，横在下边，竖在上边，充 分发挥材料的作用； 由于T形梁的中性轴不在竖的中部而是靠近横，所以将 横放在下面，可以降低拉应力。 y

压max

拉max
Z
σ cr
σ
第二章~第六章重中之重
掌握静力学的基本分析方法 掌握约束的主要类型和力学特点 针对不同外力作用下的构件，掌握
内力/外力/变形分析和计算方法 应力和应变的计算方法
掌握强度计算公式，能够进行三方面工作
新构件设计， 强度校核和 最大承载能力的计算
掌握材料基本力学性能及其测试方法 掌握压杆失效的不同形式，并分析和计算
判断题
（ ）1、力偶无合力，因此它是平衡力系。 （ ）2、二力杆件所受力的方向沿着杆线。
（ ）3、二力杆件是指受到一对平衡力作用的直杆。
（ ）4、梁的一端为固定端约束，在该约束处的挠度等于零、但是 转角不等于零。
（ ）5、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力必 然为0。
（√）6、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯截面模量愈 大，能承受的弯矩愈大。
（ ）7、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所 以可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。
（ ）8、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。
（ ）9、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力 必然为0。
（√）10、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯截面模量 愈大，能承受的弯矩愈大。
1 二力杆件：准确地说，应该是二力构件，是指在两个外力的作 用下，处于平衡状态的构件。该构件可以是杆件，也可以是其他 形式，如球，或者不规则形状。
2 正确的表述；二力杆件所受力的方向沿着力作用点连线方向。 3 细长杆的稳定性仅仅与材料的弹性模量有关，所以采用弹性模 量较高的材料有助于提高或者改善杆的稳定性。 4 中长杆的稳定性与材料的强度有一定关系，采用高强钢代替普 通钢在一定程度上有助于提高和改善其稳定性。 5 力偶的合力为零但是合力矩不等于0，所以物体将发生转动而不 是处于平衡状态，故力偶不是平衡力系。
解答 对于a，最大扭矩为T1=T2+T3, 对于b，最大扭矩为T2 和T3中的较大值，显然小于T1, 所以更为合理。
第七章重中之重
碳钢的分类和主要用途 合金钢的分类和主要用途 铸铁的分类 有色金属材料的分类 非金属材料举例 钢材的热处理方式和工艺和效果 腐蚀产生原因及防护措施 综合说明过程设备材料选择原则
A
B
C
a
RA
A
2a
RD
D
RAx=F Ray=F/2 RD=F/2
RAy
题2-7
2-13 提示：注意用三力平衡汇交定律
RAYA
RA
B
2m
RB
RBX
2m
RAX
RBY
45°
这里给出(a)的受力分析图
(a)
3-1 （a）
1
2
3
1
a
30
+
2
a a
10
+
3
(a)
提示： 注意轴力图上标示出力的大小，20 方向以及与构件的位置对应关系
（ ）11、如果梁的一端为固定端约束，那么在该约束处梁的挠度 一定等于零、但是转角不一定等于零。
（ ）12、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所 以可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。
（ ）12、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。
（ ）14、如果梁的一端为固定端约束，那么在该约束处梁的挠度一 定等于零、但是转角不一定等于零。 （ ）15、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所以 可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。 （ ）16、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。
a） 增加 b） 减小 c） 不变 d）不确定
欧拉公式
E cr 2
2

l
i
V
V0 1 2 z
泊松比对受力构件的影响
泊松比通常在0~0.5之间，所以当杆件受到拉力 作用时，体积总是增大的； 反之，受到压缩时体积总是缩小的。 泊松比=0.5时, ΔV=0，即体积基本不变。 只在弹性范围内成立。
3-1（b）
3 3
2F
+
-
F
2
提示： 注意轴力图上标示出 力的大小， 方向以及与构件的位 置对应关系
1
1
2
+
4F
(b)
计算题
1 试写出下列各梁的剪力方程和弯矩方程， 作剪力图和弯矩图。
(a)
A
l
A
B
l
B (a)
题图a
(b)
题图b
解答a
解答b
2 图示销钉联接，P=18kN，板厚t1=8mm， t2=5mm，销钉与板的材料相同，许用剪应力 []=60MPa, 许用挤压应力 [jy]=200MPa, 销 钉直径d=16mm，试校核销钉强度。
固体输送 流体输送 液 ： 泵 气：压缩 机
固 液 气 固 固 液
-
固 液 气 液 气 气
混 合 式 蓄 热 式 间 壁 式 结 晶 器 蒸 发 器 干燥设备
机 械 气流粉碎 化学粉碎 破 碎 磨 碎 超细磨碎
类似加热 设 备 ： 温度高， 燃料燃烧 火焰传热 如锅炉，
除雾设备属气液分离设备，作用是除去气体中的液体颗粒