级化工设备设计基础课程试题答案

2006 级《化工设备设计基础》课程试题（B 卷）答案
一、力学部分计算题：（共50分）
1、（10分）
2sin 302306030
51.99tg300.577BC AB G
S G KN
G S KN =
==⨯====o
o
（5分）
安全 （5分）
2、（15分）
解：0y F ∑= （5分）
0M ∑= （5分）
最大弯矩发生在梁的中点，其值为2
max 8
ql M =
（3分） （3分）
max 159120MPa MPa σ=f 不满足要求 （2分）
1
()02
ql qx Q x --=1()2
Q x ql qx =-1()()2
M x qx l x =-211
()022
qx qlx M x -+=0x l
p p ()0x l ≤≤232
max max 331112102881590.043232
Z ql M MPa
W D σππ⨯⨯⨯====⨯3
12
1
3
222
51.9910105.9[]120254
601084.88[]120304
AB BC S MPa MPa A S MPa MPa A σσπσσπ⨯===<=⨯⨯===<=⨯
3、（15分）
解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩
（3分）
实心轴
（5分）
空心轴
（5分）
d 2＝=23 mm
确定实心轴与空心轴的重量之比
（2分）
4、（10分）
横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。

（2分）
（4分）
（4分）
（2分）
75
954995497162N m 100
x P M T n ==⨯
=⨯=⋅..max13
111640MPa πx x P M M W d τ=
==3
16
167162
0045m=45mm π4010
d ⨯=
=⨯⨯..()
max234
221640MPa π1x x
P M W D τα===-()3
246
167162
0046m=46mm π1-4010
D α⨯=
=⨯⨯..()
2231
132222245101 1.28461010.51A d A D α--⎛⎫⨯==⨯ ⎪⨯--⎝⎭
＝maxN cos N P A bh
α
σ=
=12
6sin cos 148.7MPa []Pl P bh bh
αασ=
+=<max max M N
W A
σ=
+max 1max 26sin M Pl W bh α
σ==
二、 是非题：在题后括号内，正确划“√”，错误划“×”（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。

（√） 2. 容器法兰与管法兰的PN 、DN 相同时可以相互代用。

（×）
3. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。

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

（√） 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。

（√） 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。

（×）
7. 圆筒形容器上开孔处的应力集中系数是φmax σσ=K 。

（×）
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≤0.2L 和（式中L 为筒体长度，D 0为筒体外径）。

（√）
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。

（×）
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 型。

（√）
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1分）
1. 设计压力为的容器属于 。

（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”表示其含碳量低于 。

（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一、
第二曲率半径分别是：
（A ）
A. ρ1=r ，ρ2=D/2
B. ρ1=D/2，ρ2=r
C. ρ1=∞，ρ2= D/2
D. ρ1=∞，ρ2=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 ．椭圆形封头 B. 碟形封头 C. 半球形封头 D. 折边球面封头 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。

（ 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ρ ，δnt /δn ，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： （D ） A ．公称直径 B. 密封面型式 C. 垫片种类 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，φ=1。

局部探伤φ=， 单面焊100％无损探伤，φ=。

局部探伤φ=
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、 计算题：（共20分，每小题10分）
H
p
z
1、解：（1）根据微体平衡方程：
在截面1-1处：R 1＝∞，R 2＝D /2，δ=S ，
p z = -( p +ρgz )
则 ①（4分）
取分离体如右下图所示，建立区域平衡方程：
已知
则 ②（4分） （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
（2分）
2、解：（1）设计筒体的壁厚
[]mm 11.8340
.20.117022000
0.22c
t
i
c =-⨯⨯⨯=
-=
p D p φσδ
d 11.834 0.25113.084 mm δ=++=
经圆整，取筒体的名义厚度m m 14n =δ。

（5分） （2）设计封头的壁厚
[]mm 11.7990
.25.00.117022000
0.25.02c
t
i
c =⨯-⨯⨯⨯=
-=
p D p φσδ
设计厚度为：d 11.799 0.25113.049 mm δ=++=经圆整，取封头的名义厚
度m m 14n =δ。

（5分）
()S
D
gz p 2θρσ+=04ππz 2
φ=--
W p D DS σgz
p p g z H D W ρρ+=-=z 2 ,)(4
π
S
D
gH p 4)(φρσ+=
()()6
max θ
0.1107009.812222.75 MPa
220.005
z H
p gH D S ρσσ=⨯+⨯⨯⨯+====⨯。