化工机械设备复习资料

化工设备机械基础期末复习题型：1、判断题2、解释题3、填空题4、简答题5、计算题6、论述题一、重要的定理、原理、准则1、力的平行四边形法则或三角形法则：作用于同一点的两个力可以合成为一个合力，合力的大小和方向是以这两个力为邻边的平行四边形的对角线矢量，其作用点不变。

也即： 合力等于两分力的矢量和。

2、二力平衡定理：作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的充要条件为：等值、反向、共线3、三力平衡汇交定理：刚体受不平行的三个力作用而平衡时，此三力的作用线必汇交于一点。

叠加原理：几个载荷共同作用的效果，等于各个载荷单独作用效果之和。

叠加原理成立的前提条件：（1）小变形； （2）材料满足虎克定理。

“效果”——指载荷引起的反力、内力、应力或变形。

“之和”——代数和。

等面积补强法的设计原则开孔被削弱的有效面积（承受强度的面积） ≤可起补强作用的金属截面积（补强面积）。

等面积补强—— 补强的金属量等于或大于开孔所削弱的金属量。

重要公式 拉压杆的强度条件根据强度条件，可以解决三类强度计算问题1、强度校核：2、设计截面：3、确定许可载荷：[]σσ≤=ASmax[]σσ≤=ASm ax []σS A ≥[]σA S ≤挤压强度条件：剪应力强度条件：弯曲正应力强度条件：根据强度条件，同样可以解决三类强度计算问题 圆轴扭转时的强度条件----------- -圆轴扭转时的刚度条件------------若[θ ]的单位用 º/m ，则刚度条件式为：应用扭转的强度和刚度条件同样可以解决校核、设计和确定许用载荷三大类问题 扭转强度条件扭转刚度条件虎克定理：纯弯曲时梁横截面上任一点的正应力与该点到中性轴的距离成正比，距中性轴同一高度上各点的正应力相等。

剪切虎克定律：[]ττ≤=AF S[]bs bsbs bs A Fσσ≤=[]σW σz max ≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛=max M []ττ≤=PT W M maxmax[]米单位为弧度最大单位长度扭转角/, - rad/mmax max θθθ≤=P GI M][180θπθ≤⨯=p GI M []ττ≤=PWMm ax* 已知M 、D 和[τ]，校核强度 * 已知M 和[τ]， 设计截面* 已知D 和[τ]，确定许可载荷][180θπθ≤⨯=pGIM * 已知M 、D 和[θ ]，校核刚度 * 已知M 和[θ ]，设计截面 * 已知D 和[θ ]， 确定许可载荷εσE =ρσyE=dxd G G G ϕργτγτρρ===圆轴扭转时横截面上各点的剪应力变化规律：圆轴横截面上某一点的剪应力大小与该点到圆心的距离成正比，圆心处为零，圆轴表面最大，在半径为 的同一圆周上各点的剪应力均相等，其方向与半径相垂直。

无力矩理论的两个方程 (薄膜理论)区域平衡方程式------微体平衡方程式-------σm ——经向应力，M Pa —— 环向应力，M Pap ——工作压力，M Pa δ —— 壁厚，mmR1 ——第一曲率半径，mm R2 ——第二曲率半径，mm适用条件：1.材料是均匀的，各向同性的：厚度无突变，材料物理性能相同；2.轴对称——几何轴对称，材料轴对称，载荷轴对称，支撑轴对称；3.连 续——几何连续，载荷（支撑）分布连续，材料连续。

4.壳体边界力在壳体曲面的切平面内：无横向剪力和弯距作用，自由支撑等；5. δ/DI ≤0.1 (薄壁容器) 常用强度理论第一强度理论（最大主应力理论）强度条件（适用于脆性材料）第三强度理论（最大剪应力理论）强度条件适用于：塑性材料第四强度理论（能量理论）强度条件适用于：塑性材料第二强度理论（最大变形理论）与实际相差较大，目前很少采用。

压力容器材料都是塑性材料，应采用三、四强度理论， GB150-98δσ22pR m=δσσθpR R m =+21θσ 21δσσpD I==当][2σδσ≤=pD I当231δσσσpD III=-=当][2σδσ≤=pD III当δσσσσσσσσσσσ 2.3 21])()()[(21212221213232221pD IV =-+=-+-+-=当 ][3.2σδσ≤=pD IV当采用第三强度理论. 压力容器强度设计步骤提高梁强度的主要措施1. 降低 Mmax ：合理安排支座，合理布置载荷2. 增大 WZ ： 合理设计截面，合理放置截面提高梁的刚度的主要措施1、选择合理的截面形状2、改善结构形式，减少弯矩数值3、改变支座形式，改变载荷类型 计算法则与符号规定轴力的计算法则：受轴向外力作用的直杆，其任意截面上的轴力，在数值上等于该截面一侧所有轴向外力的代数和。

背向该截面的外力取正值，指向该截面的外力取负值。

轴力正负号：拉为正 ； 压为负剪力的计算法则：任一横截面上的剪力在数值上等于该截面一侧所有横向外力的代数和（取其绝对值）。

拉伸变形与剪切变形的区别：拉伸变形是两相邻横截面之间距离的增加剪切变形时，两相邻横截面间的距离不改变、但发生相互错动。

弯矩的计算法则：任一截面上的弯矩，等于该截面一侧所有外力对该截面中性轴取矩的代数和。

其中向上的外力，其矩为正；向下的外力，其矩为负。

[]σσ≤=Zm ax m axWM弯矩的符号约定：上压下拉为正； 上拉下压为负求弯矩的规则梁的任一截面上的弯矩的大小等于截面之左（或右）所有外力（包括力偶）对该截面形心之矩的代数和。

扭矩正负规定：右手螺旋法则右手的四个手指顺着扭矩的弯曲方向时，拇指指向外法线方向为 正(+),反之为 负(-) 化工设备材料选择要考虑哪些因素？1设备的操作条件——压力、温度、介质特性、操作特点； 2材料的使用性能——力学性能、物理性能、化学性能；3加工工艺性能—— 焊接性能、热处理性能、冷弯性能及其他冷热加工性能； 4经济合理性及设备结构——材料价格、制造费用和使用寿命。

高温设备对材料的要求：1、化学稳定性——抵抗高温气体（O2、H2S 、SO2 等)腐蚀的 能力。

钢的表面能生成致密的氧化膜。

抗氧化钢——抗高温氧化，强度不高。

Cr13SiAl, Cr25Ti, Cr25Ni12等。

2、热强性——抗高温蠕变能力。

热强钢——抗蠕变，有一定抗氧化能力。

12CrMo,Cr5Mo,1Cr18Ni9Ti,Cr25Ni20等。

Q235钢有A 、B 、C 、D 四个质量等级，它们的区别体现在何处？ 质量等级按碳、硫、含量的控制范围、 脱硫程度、允许使用的最低温度以及 是否提供的AKV 值划分为A 、B 、C 、D 四级，D 级最高，A 级最低。

碳钢与铸铁钢铁的组成 = 95%以上铁+（0.05 -- 4%）碳 +1%杂质 —— 铁碳合金 含碳量0.02~2% 为钢； 含碳量＞2% 为铸铁；含碳量＜0.02% 为工业纯铁； 含碳量＞ 4.3% 无实用价值。

钢号表示法例：优质碳素钢——08F ：沸腾钢，含碳量为0.08%；M >mmM mmM 0M <20 R ：容器钢，含碳量为0.2% 。

普通碳素钢——Q235-A,F：沸腾钢，类别为A 。

钢材屈服点(MPa)：屈服点屈字的拼音首位字母低合金钢——16MnR 16——含碳量0.16%；M n——合金元素；R ——容器钢。

特殊性能钢——1Cr18Ni9 1——含碳量0.1%（千分数）；Cr, Ni——主要合金元素；18——含铬量18%；9 ——含镍量9%。

第七章压力容器中薄膜应力、弯曲应力与二次应力1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。

6、小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。

7、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。

8、边缘应力及特点：内压圆筒壁上的弯曲应力及连接边缘区的变形与应力。

特点：局部性与自限性9、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。

第八章内压容器一、压力容器设计的参数：设计压力p、设计温度t、公称直径DN、设计温度下的许用应力、焊接接头系数φ二、内压圆筒的五种厚度及其确定方法：1、计算厚度（理论计算壁厚）2、设计厚度3、名义厚度4、有效厚度5、最小厚度工作压力：指在正常工作情况下，容器顶部可能达到的最高压力(工作压力是由工艺过程决定的，可能是变动的)设计压力：指设定的容器顶部的最高压力，它与相应设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于工作压力。

计算压力：指在相应设计温度下，用以确定壳体各部位厚度的压力，其中包括液柱静压力。

计算压力pc=设计压力p+液柱静压力设计温度t指容器在正常工作情况下，在相应的设计压力下，设定的元件的金属温度（沿元件金属截面厚度的温度平均值）。

设计温度是选择材料和确定许用应力时不可少的参数。

壁厚的概念设计压力和计算压力的区别:第一：确定压力容器受压元件尺寸如筒体、封头需通过计算来确定壁厚，在计算公式中应该用计算压力PC,在多数情况下取PC=P 对与法兰、人孔、手孔、视镜等是通过标准查取的，在使用这些标准时必须知道容器的设计压力，不同的设计压力会查得不同的零件尺寸，所以决定受压元件尺寸的是设计压力。

第二、容器进行压力实验时，其试验压力的确定都是以容器的设计压力为基准乘以一定的系数。

第三、在对压力容器的监察管理上，要对压力容器进行分类，容器的设计压力p 是容器分类的重要依据之一。

设计压力比计算压力的应用要广泛的多 影响材料安全系数的因素：1、计算方法的准确性、可靠性和受力分析的精度；2、材料质量和制造的技术水平；3、容器的工作条件及其在生产中的重要性和危险性。

容器封头（端盖）凸形封头（半球形封头，椭圆形封头，碟形封头，球冠形封头） 锥形封头 平板封头内压圆筒封头的分类封头的选择应考虑的因素1.几何方面——内表面积，容积。

2.力学方面——承载能力。

3.使用方面——满足工艺要求。

4.制造方面——难易程度，标准化程度。

计算厚度δdδnδ2C 设计厚度1C 圆整值名义厚度有效厚度eδ21C C C +=毛坯厚度加工减薄量5.材料消耗——金属耗量及其价格。

例：反应器 ，t=350℃，p=1.5Mpa ，取C1=0.8mm ，C2=2mm ，φ=0.85，材料16MnR ，求：（1）筒体壁厚；（2）水压试验压力；（3）校核水压试验时壳体最大应力。

解（1）计算筒体壁厚在用压力容器强度校核的思路、公式和举例 思路：算出容器在校核压力下的计算应力，看其是否小于材料的许用应力，即：算出容器的最大许用压力，看它是否大于校核压力，即： 对于筒体和封头进行强度校核时，必须满足以下条件： 例 校验旧气瓶。