《化工设备设计基础》期末试题及答案

2012级《化工设备设计基础》期末试题及答案
一、力学部分计算题：（共50分）
1、（ 10 分）
1、图示三角形支架 ABC , A 、B 、C 三处为铰链链接。

在两杆的连接处
B 悬挂有重物
G=30kN 。

杆AB 和BC 材料相同，许用应力[<r ]=120MPa 。

AB 、BC 两杆直径d 分别 为25mm 、30 mm 。

试校核此支架是否安全。

（已知A 、B 、C 三处均为铰接）。

（AB 和 （5分）
60 103
兀
2 30
4
2、（15 分） 解：a F y =0
1
Q （x ） ql -qx
2
1
ql -qx -Q （x ） = 0 2
0YxY|
3
S AB 51.99 10
-252
=105.9MPa ::［刁=120MPa
= 84.88MPa 十］=120MPa （5分）
（5分）
1 2 1
qx qlx M （x ） = 0 2 2 BC 两杆的重量不计）（本题15分）
S AB
二侖=需=51.99即
30*
安全
M Q
二max =159MPa 》120MPa 不满足要求 （2
分）
3、（ 15 分）
解：首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩
P 7.5
―
9549
p=
9549 面"6即
m
16 716.2
n 1-：4 40 106 =0.046m=46mm
d 2 = 0.5 D 2=23 mm
确定实心轴与空心轴的重量之比
4、（10 分）
横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。

1
M （x ） qx （l 「x ）
2
最大弯矩发生在梁的中点, — M max
（3 = max W Z 1 I 2
D 3 32
0 _x _l 其值为 M max = L 8
1 2 103 22
二 3 159MPa 兀 3
0.043 32
（5
分）
（3
分）
Q
■ 4kN
耳
jf
.3分）
实心轴 -max1 =
M x W P 1
空芈=40MPa
n d 3 dr 3
16 716
・2
6 =0.045m=45mm
n 40 106
（5
分）
空心轴
M x 16M x
'max2
=40MPa
_，maxN
N _
Pcos ：
A bh （3 分）
（5分）
di
45 10^
A L _
二 民 1 - ： 2 一 46 10^
1-0.5
—=1.28 （2 分）
是非题：在题后括号内，正确划“V” ，错误划“X” （共10分，每 小题1分）
1.《压力容器安全技术监察规程》把压力容器按其破坏时造成的危害程度分为三类，
其中三类容器破坏时造成的危害程度最大， 因而在设计、制造和使用方面对其要求
最高。

（V ）
2. 容器法兰与管法兰的 PN 、DN 珈I 「河可以和斤弋川。

（X ）
3. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。

（V ）
4. 内压容器的有效厚度 S e 一般都大于计算厚度 S ，因此容器最高允许工作压力
[P w ]
总是大于设计压力 P 。

（V ）
5. 从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。

（V ）
6. 决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。

（X ）
7. 圆筒形容器上开孔处的应力集中系数是
K 二、::max..二©。

（X ）
8. 为减小鞍座处壳体截面的应力，卧式容器的鞍座距椭圆形封头直边切线的距离
A
应该W 0.2L 和0.25D 0 （式中L 为筒体长度，D 。

为筒体外径）。

（V ）
9. 圆筒形容器上开椭圆孔时， 为降低开孔边缘的应力集中程度，
应使椭圆的长轴方向
垂直于圆筒的轴线，且长短轴之比越大越好。

（X ）
10. 卧式容器选用鞍座时， 一般可选用两个鞍座， 容器较长时也可选用多于两个，
其中
应当有一个而且只能有一个 F 型，其余应为S 世“
〔V ）
三、 选择题：将正确答案的顺序号填入题后的括号内（共 10分，每小题
max
max
（4分）
max
max
6Pl 1sin : bh 2
（4分）
6Pl 1si n ： Pcos ： 2
bh
bh
-148.7 MPa ::
［匚］ （2 分）
1 分)
1.设计压力为
2.5MPa的容器属于 _______ 。

( B)
A •低压容器 B.中压容器 C.高压容器 D.超高压容器
2.钢材的强度随温度的升高而, 韧性和塑性随温度的降低而。

(A)
A.下降，升高
B.下降，下降 C .升高，下降 D .升高，升高
3.不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0表示其含碳里低于。

(B)
A .百分之一 B.千分之一 C.万分之一 D.万分之三
4.对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的。

(D)
A .低温强度 B.低温刚度 C.低温硬度 D.低温韧性
5. 直径为D，过渡圆弧半径为r的碟形封头过渡圆弧与直边交点处过渡圆弧上的第
A)
A. p i=r, p 2= D/2
B. p i=D/2, p 2=r
C. p i=^, p 2= D/2
D. p i=p 2=r
6. 从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种凸形封
头中， ____ 的受力情况最好。

(C)
A .椭圆形圭寸头 B.碟形圭寸头 C.半球形圭寸头 D.折边球面圭寸头
7. 低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段。

I B )
A. 弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段
B. 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段
C. 弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段
D. 屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段
8. 球壳上的开孔，开孔系数p ________ , S nt/3 n—，应力集中系数K越大。

(B)
A .越大，越大
B .越大，越小
C .越小，越小D.越小，越大
9. 无缝钢管的公称直径指的是管子的—。

(D)
A .内径 B.外径 C.中径 D.其他
10. 设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压力外，
还应考虑法兰的：
A .公称直径 B.密封面型式 C.垫片种类
(D) D.工作温度
四、简答题：(共10分，每小题5分)
1、双面焊100 %无损探伤，$ =1。

局部探伤$ =0.85,
单面焊100%无损探伤，$ =0.9。

局部探伤$ =0.80
2、为了保证构件在外力作用下安全工作，其必须满足哪三方面的要求? 强度、刚度和稳定性
五、1解:
计算题：(共20分，每小题10分)
(1)根据微体平衡方程：
在截面1-1 处：R1 = s, R2= D/2,沪S,
P z = -( p+ Pgz)
p 「gz D
2S
◎ ( 4
分)
取分离体如右下图所示，建立区域平衡方程:
n 2
T DS二 $ D p z - W = 0
n
已知W D (H -z) ?g, P z 二p Tgz
4
(P JgH)D
4S
(2)由式①、②可知容器筒体上的最大应力为周向应力，发生在容器的底部
-max z=H
P 'gH D
2S
0.1 106 700 9.81 2 2
22.75 MPa
2 0.005
(2 分)
2、解：(1)设计筒体的壁厚
P c D i 2■-f- P c
2.0 2000
2 170 1.0-2.0
= 11.834 mm
经圆整，取筒体的名义厚度 、：n =14 mm 。

(5分) (2)设计封头的壁厚
2.0 疋 2000 2 170 1.0 - 0.5 2.0
设计厚度为： =11.799
0.25 / =13.049 mm 经圆整，取封头的名义厚
度、.n =14mm o （ 5 分）
P c D i 2—1 - 0.5p c =11.799 mm。