过程设备设计第三版答案(郑津洋 董其伍 桑芝富主编)最新最全PDF版

同一比例变化，由式
z
r
2
可见，该式成立。对理想弹塑性材料，从弹性段进入塑
性段，在保持加载的情况下，三个主应力方向保持不变，三个主应力的大小仍按同一比例变 化，符合简单加载条件，根据塑性力学理论，可用全量理论求解，上式仍成立。 思考题 2.10 有两个厚壁圆筒，一个是单层，另一个是多层圆筒，二者径比 K 和材料相同，
s r max f r max

3 0.3 1.65 2
周边简支与周边固支的最大挠度比值
s wmax 5 0.3 5 0.3 4.08 f wmax 1 1 0.3
其结果绘于下图
思考题 2.14 试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，并与承受均布内压的回转壳相比有 何异同？ 答： 承受均布外压的回转壳的破坏形式主要是失稳， 当壳体壁厚较大时也有可能出现强度失 效；承受均布内压的回转壳的破坏形式主要是强度失效，某些回转壳体，如椭圆形壳体和碟 形壳体，在其深度较小，出现在赤道上有较大压应力时，也会出现失稳失效。 思考题 2.15 试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱壳的临界压力？提高圆柱壳弹性失稳 的临界压力，采用高强度材料是否正确，为什么？ 答：影响承受均布外压圆柱壳的临界压力的因素有：壳体材料的弹性模量与泊松比、长度、 直径、壁厚、圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷。 提高圆柱壳弹性失稳的临界压力， 采用高强度材料不正确， 因为高强度材料往较大，从经济角度不合适。但高强度材料的 弹性模量比低强度材料的弹性模量还量要高一些， 不计成本的话， 是可以提高圆柱壳弹性失 稳的临界压力的。 思考题 2.16 求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法？ 答：有：应力集中系数法、数值解法、实验测试法、经验公式法。 思考题 2.17 圆柱壳除受到压力作用外，还有哪些从附件传递过来的外加载荷？ 答：除受到介质压力作用外，过程设备还承受通过接管或其它附件传递来的局部载荷，如设 备的自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的载荷等。这 些载荷通常仅对附件与设备相连的局部区域产生影响。此外，在压力作用下，压力容器材料 或结构不连续处，如截面尺寸、几何形状突变的区域、两种不同材料的连接处等，也会在局 部区域产生附加应力。 思考题 2.18 组合载荷作用下，壳体上局部应力的求解的基本思路是什么？试举例说明。 答：组合载荷作用下，壳体上局部应力的求解的基本思路是：在弹性变形的前提下，壳体上 局部应力的总应力为组合载荷的各分载荷引起的各应力分量的分别叠加，得到总应力分量。 如同时承受内压和温度变化的厚壁圆筒内的综合应力计算。
2
pR t 成正比。同样的 R t 情况下，按薄板和薄壳的定义， R t R t ，而薄板承
2
受的压力 p 就远小于薄壳承受的压力 p 了。 思考题 2.13 试比较承受均布载荷作用的圆形薄板，在周边简支和固支情况下的最大弯曲 应力和挠度的大小和位置。 1 周边固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为： 答：○
第一章
压力容器导言
思考题 1.1 压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？ 答: 筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最 主要的受压元件之一； 封头：有效保证密封，节省材料和减少加工制造的工作量； 密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行； 开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装 压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。
4
3 1 2 Rt

反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。该
值越大，边缘效应影响范围越小。
Rt 的物理意义： 该值与边缘效应影响范围的大小成正比。 反映边缘效应影响范围的大小。
思考题 2.5 单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有哪些特征？当承受内压很高时，能否 仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么？ 1 周向应力ςθ及轴向应力ςz 均为拉应力（正值） 答: 应力分布的特征：○ ，径向应力ςr 为压 应力 （负值） 。 在数值上有如下规律： 内壁周向应力ςθ有最大值， 其值为： max
思考题 2.8
为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程
r r
d r dr ，在弹塑性应力分析中同
样适用？ 答: 微元体的平衡方程是从力的平衡角度列出的，不涉及材料的性质参数（如弹性模量，泊 松比） ，不涉及应力与应变的关系，只要弹性和弹塑性情况下的其它假定条件一致，建立的 平衡方程完全相同。故在弹塑性应力分析中仍然适用。 思考题 2.9 一厚壁圆筒，两端封闭且能可靠地承受轴向力，试问轴向、环向、径向三应力
平面正交，在该截面上存在正应力和剪应力，而不是只有正应力，使问题复杂化。 思考题 2.3 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比 a/b=2 的原因。 答: 半椭圆形端盖的应力情况不如半球形端盖均匀，但比碟形端盖要好。对于长短轴之比为 2 的椭圆形端盖，从薄膜应力分析来看，沿经线各点的应力是有变化的，顶点处应力最大， 在赤道上出现周向应力，但整个端盖的应力分布仍然比较均匀。与壁厚相等的筒体联接， 椭圆形端盖可以达到与筒体等强度，边缘附近的应力不比薄膜应力大很多，这样的联接一 般也不必考虑它的不连续应力。对于长短半轴之比为 2 的椭圆形端盖，制造也容易，因此 被广泛采用，称为标准椭圆盖。 思考题 2.4 谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些特征，其中β与 两个参数的 物理意义是什么？ 答: 回转壳的不连续效应：附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大，很快变小， 对应的边缘应力也由较高值很快衰减下来，称为“不连续效应”或“边缘效应” 。不连续应 力有两个特征：局部性和自限性。 局部性：从边缘内力引起的应力的表达式可见，这些应力是 的函数随着距连接处距 离的增大，很快衰减至 0。 不自限性：连续应力是由于毗邻壳体，在连接处的薄膜变形不相等，两壳体连接边缘的变 形受到弹性约束所致，对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部产生塑性变形，弹性 约束开始缓解，变形不会连续发展，不连续应力也自动限制，这种性质称为不连续应力的自 限性。 β的物理意义：
代入仅受内压或仅受外压的厚壁圆筒筒壁应力计算式来计算筒壁应力？为什么？ 答: 不能。从 Lamè 公式
r
2 2 pi Ri2 p0 R0 pi p0 Ri2 R0 1 2 2 2 2 R0 Ri R0 Ri r2
2 pi p0 Ri2 R02 1 pi Ri2 p0 R0 2 2 R0 Ri2 R0 Ri2 r2
r
2
3 除ςz 外，其他应 。○
力沿厚度的不均匀程度与径比 K 值有关。 不能用增加壁厚来提高承载能力。因内壁周向应力ςθ有最大值，其值为：
max
K2 1 pi 2 ，随 K 值增加，分子和分母值都增加，当径比大到一定程度后，用增 K 1
p pi po
加壁厚的方法降低壁中应力的效果不明显。 1. 思考题 2.6 单层厚壁圆筒同时承受内压 pi 与外压 po 用时，能否用压差
max
3 pR 2 4t 2
f wmax
pR 4 64 D
2 周边简支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为： ○
max
33 pR 2 8t 2
s wmax
pR 4 5 64 D 1
3 应力分布：周边简支的最大应力在板中心；周边固支的最大应力在板周边。两者的最大挠 ○ 度位置均在圆形薄板的中心。 4 周边简支与周边固支的最大应力比值 ○
z
2 pi Ri2 p0 R0 2 R0 Ri2
可以看出各应力分量的第一项与内压力和外压力成正比，并不是与 而径向应力与周向应力的第二项与
p pi po 成正比。
p pi po 成正比。因而不能用 p pi po 表示
思考题 2.7 单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚如何分布？筒壁屈 服发生在何处？为什么？ 答: 单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时， 其综合应力沿壁厚分布情况题图。 内压内加热 时，综合应力的最大值为周向应力，在外壁，为拉伸应力；轴向应力的最大值也在外壁，也 是拉伸应力，比周向应力值小；径向应力的最大值在外壁，等于 0。内压外加热，综合应力 的最大值为周向应力，在内壁，为拉伸应力；轴向应力的最大值也在内壁，也是拉伸应力， 比周向应力值小；径向应力的最大值在内壁，是压应力。 筒壁屈服发生在：内压内加热时，在外壁；内压外加热时，在内壁。是因为在上述两种情况 下的应力值最大。
K2 1 ， pi 2 K 1
而在外壁处减至最小，其值为 min pi
2 ，内外壁ςθ之差为 pi；径向应力内壁处 K 1
2
2 轴向应力为一常量，沿 为-pi，随着 r 增加，径向应力绝对值逐渐减小，在外壁处ςr=0。○
壁厚均匀分布，且为周向应力与径向应力和的一半，即 z
之关系式
z
r
2
，对于理想弹塑性材料，在弹性、塑性阶段是否都成立，为什么？
答: 对于理想弹塑性材料，在弹性、塑性阶段都成立。 在弹性阶段成立在教材中已经有推导过程，该式是成立的。由拉美公式可见，成立的原因是 轴向、环向、径向三应力随内外压力变化，三个主应力方向始终不变，三个主应力的大小按
支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。 安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。
思考题 1.2 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响？ 答: 介质毒性程度越高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重，对材料选用、制造、检 验和管理的要求愈高。如 Q235-A 或 Q235-B 钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害 介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时，碳素钢和低合金钢 板应力逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的 A、B 类焊接接头还应进行 100%射线或超声检测，且液压试验合格后还得进行气密性试验。而制造毒性程度为中度或 轻度的容器，其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚大，主要体现在法兰的公 称压力等级上，如内部介质为中度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于 1.0MPa； 内部介质为高度或极度毒性危害，选用的管法兰的公称压力应不小于 1.6MPa，且还应尽量 选用带颈对焊法兰等。 易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。如 Q235-A•F 不得用 于易燃介质容器； Q235-A 不得用于制造液化石油气容器； 易燃介质压力容器的所有焊缝 （包 括角焊缝）均应采用全焊透结构等。 思考题 1.3 《容规》在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与 容积的乘积 pV 大小进行分类？ 答: 《压力容器安全技术监察规程》依据整体危害水平对压力容器进行分类，若压力容器发 生事故时的危害性越高，则需要进行安全技术监督和管理的力度越大，对容器的设计、制 造、检验、使用和管理的要求也越高。压力容器所蓄能量与其内部介质压力和介质体积密 切相关：体积越大，压力越高，则储藏的能量越大，发生破裂爆炸时产生危害也越大。因 此， 《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时，不仅要根据压力的高低，还要 视压力与容积的乘积 pV 大小进行分类。