陕西科技大学过程设备设计期末考试复习题
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设置加强圈将增加制造成本；而且，当很小时，短圆筒可能变 为刚性圆筒，此时圆筒的失效形式已不是失稳而是压缩强度破 坏，此时再设置额外的加强圈已无济于事。因此，加强圈的数 量并不是越多越好，应当设计合理的间距。 ５ 预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？ 答：通过压缩预应力，使内层材料受到压缩而外层材料受到拉伸。当厚 壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按拉美公式确定的弹 性应力和残余应力叠加而成，内壁处的总应力有所下降，外壁处的 总压力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布，从而提高圆筒 的初始屈服压力。 ６ 什么是不连续效应？并简述局部应力产生的原因。 答：不连续效应就是由于容器总体结构的不连续，组合壳在连接处附近 的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为不连续效应。产生 原因：由几种简单的壳体组成的壳体，在两壳体的连接处，若把两 壳体作为自由体，即在内压作用下自由变形，在连接处的薄膜位移 一般不相等，而实际上这两个壳体是连接在一起的，即两壳体在连 接处的转角和位移必须相等。这样在两个壳体连接处附近形成一种 约束，迫使连接处壳体发生局部的弯曲变形，在连接边缘产生了附 加的边缘力和边缘力矩及抵抗这种变形的局部应力 ７ 什么是焊接应力？减少焊接应力有什么措施？ 答：焊接应力是指焊接过程中由于局部加热导致焊接件产生较大的温 度梯度，因而在焊件内产生的应力。为减少焊接应力和变形，应从设计 和焊接工艺两个方面采取措施，如尽量减少焊接接头的数量，相等焊缝 间应保持足够的间距，尽可能避免交叉，焊缝不要布置在高应力区，避 免出现十字焊缝，焊前预热等等）
和 等。
6．压力容器是典型的由 和 组合而成的
焊接结构。
7．壳体承受均布外压作用时有 和 两种
可能的失效形式。
8．一圆筒内径Di=1000mm, 厚度t=10mm, 内压为
1MPa则其轴向应力为 。
9．一圆筒内径Di=1000mm, 厚度t=10mm, 内压为
1MPa则其周向应力为 。
节、绕带筒体等） ８ 检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀
等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。 (错，在一定条 件下，可以不开检查孔)
2、 选择题（答案有可能多余于一个，每题2分,共16分）
1
《容规》适用于同时具备下列哪些条件的压力容器
（ABCD）
状态。
C 减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。
D 在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力
分析中
仍然适用。
4下列关于压力容器的分类错误的
是 （AC）
A 内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。
B 低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。
C 真空容器属低压容器。
效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量 （错，有效厚度为名义厚度减去 腐蚀裕量和钢材负偏差）
３ 钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强 度和可焊性增加。
（错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热 影响区出现裂纹） ４ 压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组 成。
六．实验现象分析题（１０分） 结合高压容器实验，回答以下问题： 1． 韧性断裂有哪些宏观特征？（2分） 2． 封头和筒体连接处存在不连续应力，但破口却在筒体中部，试 解释其原因。（2分） 3． 加压过程中，压力先线性增加，到一定值后压力表指针来回摆 动，再继续升高，试对此现象进行说明。（4分） 4． 用实验结果验证Faupel爆破压力公式计算精度时，能否采用标 准中查到的材料力学性能数据？为什么？（2分）
整锻件补强
３ 简述短期静载下温度对钢材力学性能的影响。 答：高温下，低碳钢的弹性模量和屈服点随温度升高而降低，而抗拉强
度先随温度升高而升高，但当温度达到一定值时反而很快下降。低
温下，随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降 低。但并不是所有金属都会低温变脆。一般说来，具有体心立方晶 格的金属，都会低温变脆，而面心立方晶格材料不会。 ４ 对于外压圆筒，只要设置加强圈就可提高其临界压力。对否，为什 么？采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对 否，为什么？ 答：对于承受外压的圆筒，短圆筒的临界压力比长圆筒的高，且短圆筒 的临界压力与其长度成反比。故可通过设置合适间距的加强圈，使 加强圈和筒体一起承受外压载荷，并使长圆筒变为短圆筒（加强圈 之间或加强圈与筒体封头的间距L<Lcr），或使短圆筒的长度进一步 降低，从而提高圆筒的临界压力。若设置的加强圈不能使长圆筒变 为短圆筒（L≥Lcr）,则所设置的加强圈并不能提高圆筒的临界压力。
B 热应力与零外载相平衡，不是一次应力
C 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低
D 热应力在构件内是不变的
3 下列说法中，正确的有
（ BCD
）
A 单层厚壁圆筒同时承受内压Pi和外压Po时，可用压差简化成仅受内 压的厚壁圆筒。
B 承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力
浙江大学2003 —2004 学年第 2学期期末考
试
《 过程设备设计 》课 程 试 卷
开课学院： 材化学院
任课教师： 郑津洋
姓名：
专业：
学号：
考试时间： 分钟
题 一 二 三 四 五 六 ┄ 总 评阅
序
分人
得 分
一、判断题（判断对或者错，错的请简要说明理由，每题2 分，共16分）
１ 脆性断裂的特征是断裂时容器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴 向平行，断裂的速度快，常使容器断裂成碎 片。 （错误，断口应与最大主应力 方向平行）
《过程设备设计》复习题
一、填空题
1．GB150《钢制压力容器》属于 标准，该标 准适合于压力不大于 MPa的钢制压力容器的设 计。
2．设计压力容器时，通常需要考虑的载荷工况包
括
、
和
三种。
3．法兰按照其所连接的部件分为 容器法兰 和 管道
法兰 两类。4．压力容器设计的基本要求是
与 的统一。
5．压力容器常见的封头形式有 、
A 最高工作压力大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；
B 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m； C 容积（V）大于等于0.025m3；
D 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的
液体。
2下列关于热应力的说法哪些不正确
（AD）
A 热应力随约束程度的增大而减小
变，以改善焊缝的受力状况。
7 下列关于二次应力说法中错误的
有 (ABD)
A 二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。
B 二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。
C 二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应
力或切应力。
D 二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加到一次
6 下列关于椭圆形封头说法中正确的
有
（ABD）
A 封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀
B 封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型
C 椭圆形封头常用在高压容器上
D 直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突
10．压力容器在
作用下易疲劳断裂。
11．密封装置的失效形式主要表现
为 。
12．一次应力的基本特征是
。
13．不连续应力的基本特征是
和
。
14．压力容器的补强结构ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 、
和
三种形式。
15．交变应力可以用 、
、 等特征
参量来表示。
16．焊接接头系数表示
解：据拉美公式，易知圆筒外壁处径向应力为零，即
外壁处径向位移为wo，据变形几何关系，可得外壁处的周向应变 为
……① 据广义胡克定律，外壁处的周向应变又可表示为
……② 据拉美公式，可得内压圆筒外壁处的周向应力和轴向应力分别为
……③ 联立①②③，得 化简上式并代入相应的值，得
因此，据拉美公式，可得该圆筒内外壁面处应力
D 高压容器都是第三类压力容器。
5下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的
有 （CEF）
A 当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为.
B GB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采用塑性失效设计
准则。
C GB150采用基于最大主应力的设计准则，而JB4732采用第三强
3、 简答题（每题5分，共40分） 1 简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点 答：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它个爆破片在标定爆破压力下
即发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容 器也就被迫停止运行。与安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性 能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。
应力之上的应力增量。
8下列说法中，错误的有
（C
）
A 相同大小的应力对压力容器失效的危害程度不一定相同。
B 设计寿命为10年、操作周期为2小时的压力容器应按分析设计标
准设计。
C 校核一次加二次应力强度的目的是防止压力容器发生过度弹性变
形。
D 压缩应力不需要进行应力分类限制。
８ 为什么要控制压力容器钢中的磷、硫含量？ 答：硫和磷是钢中最主要的有害元素。硫能促进非金属夹杂物的形成，
使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别 是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提 高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐射脆化能力，改善 抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。
度理论。
D 需做疲劳分析的压力容器设计，在这三个标准中，只能选用
GB150.
E GB150的技术内容与ASME VIII—1大致相当，为常规设计标准；而
JB4732基本思路与ASME VIII—2相同，为分析设计标准。
F 按GB150的规定，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数
分别大于等于1.6和3.0。
（错，缺密封装置） ５ 盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应
进行100%射线或超声检测。（对） ６ 承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都 发生在支承处。
（错 周边简支发生在中心处） ７ 筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的
制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。（错，也可以用锻造筒
四、试推导内压薄壁球壳的厚度计算公式。（10分） 答：根据平衡条件，其轴向受的外力必与轴向内力相等。对于薄壳体，
可近似认为内直径等与壳体的中面直径D =
由此得 由强度理论知 <= 用，代入上式，经化简得 由上式可得
五、计算题（共８分）
一单层厚壁圆筒，承受内压力pi＝36Mpa，测得（用千分表）筒壁外表 面的径向位移w0＝0.365mm，圆筒外直径D0＝980mm，E＝2×10Mpa，μ ＝0.3。试求圆筒内外壁面的应力值。
２ 压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管 补强结构主要有哪几种形式？试画图说明。
答：（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构 的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来 隐患。 （2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。
补强圈补强
厚壁接管补强
答： 1. 韧性断裂的宏观特征：整体鼓胀；周长延伸率可达10%~20%； 断口处厚度显著减薄；没有碎片或偶尔有碎片；按实测厚度计 算的爆破压力与实际爆破压力 相当接近。 2. 封头和筒体连接处虽然存在不连续应力，但连接处会产生变形 协调，导致材料强化；而筒体中3、部应力与所受压力成正 比，随着压力的增大应力迅速增大，所以破口出现在筒体中 部。 3. 加压过程中，材料先发生弹性形变，压力线性增加；当压力到 达材料屈服时，材料发生屈服，应力先下降，然后作微小波 动，压力表指针来回摆动；材料完全屈服后，压力继续上升。 4. 4、用实验结果验证Faupel爆破压力公式计算精度时，不能采用 标准中查到的材料力学的性能数据。因为标准中的数据只是材 料力学性能的一般数据，而由于材料的不稳定性，具体材料性 能与标准中的并不完全一致，为了验证公式精度，必须对材料 的力学性能进行试验测定。
和 等。
6．压力容器是典型的由 和 组合而成的
焊接结构。
7．壳体承受均布外压作用时有 和 两种
可能的失效形式。
8．一圆筒内径Di=1000mm, 厚度t=10mm, 内压为
1MPa则其轴向应力为 。
9．一圆筒内径Di=1000mm, 厚度t=10mm, 内压为
1MPa则其周向应力为 。
节、绕带筒体等） ８ 检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀
等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。 (错，在一定条 件下，可以不开检查孔)
2、 选择题（答案有可能多余于一个，每题2分,共16分）
1
《容规》适用于同时具备下列哪些条件的压力容器
（ABCD）
状态。
C 减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。
D 在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力
分析中
仍然适用。
4下列关于压力容器的分类错误的
是 （AC）
A 内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。
B 低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。
C 真空容器属低压容器。
效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量 （错，有效厚度为名义厚度减去 腐蚀裕量和钢材负偏差）
３ 钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强 度和可焊性增加。
（错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热 影响区出现裂纹） ４ 压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组 成。
六．实验现象分析题（１０分） 结合高压容器实验，回答以下问题： 1． 韧性断裂有哪些宏观特征？（2分） 2． 封头和筒体连接处存在不连续应力，但破口却在筒体中部，试 解释其原因。（2分） 3． 加压过程中，压力先线性增加，到一定值后压力表指针来回摆 动，再继续升高，试对此现象进行说明。（4分） 4． 用实验结果验证Faupel爆破压力公式计算精度时，能否采用标 准中查到的材料力学性能数据？为什么？（2分）
整锻件补强
３ 简述短期静载下温度对钢材力学性能的影响。 答：高温下，低碳钢的弹性模量和屈服点随温度升高而降低，而抗拉强
度先随温度升高而升高，但当温度达到一定值时反而很快下降。低
温下，随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降 低。但并不是所有金属都会低温变脆。一般说来，具有体心立方晶 格的金属，都会低温变脆，而面心立方晶格材料不会。 ４ 对于外压圆筒，只要设置加强圈就可提高其临界压力。对否，为什 么？采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。对 否，为什么？ 答：对于承受外压的圆筒，短圆筒的临界压力比长圆筒的高，且短圆筒 的临界压力与其长度成反比。故可通过设置合适间距的加强圈，使 加强圈和筒体一起承受外压载荷，并使长圆筒变为短圆筒（加强圈 之间或加强圈与筒体封头的间距L<Lcr），或使短圆筒的长度进一步 降低，从而提高圆筒的临界压力。若设置的加强圈不能使长圆筒变 为短圆筒（L≥Lcr）,则所设置的加强圈并不能提高圆筒的临界压力。
B 热应力与零外载相平衡，不是一次应力
C 热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低
D 热应力在构件内是不变的
3 下列说法中，正确的有
（ BCD
）
A 单层厚壁圆筒同时承受内压Pi和外压Po时，可用压差简化成仅受内 压的厚壁圆筒。
B 承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力
浙江大学2003 —2004 学年第 2学期期末考
试
《 过程设备设计 》课 程 试 卷
开课学院： 材化学院
任课教师： 郑津洋
姓名：
专业：
学号：
考试时间： 分钟
题 一 二 三 四 五 六 ┄ 总 评阅
序
分人
得 分
一、判断题（判断对或者错，错的请简要说明理由，每题2 分，共16分）
１ 脆性断裂的特征是断裂时容器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴 向平行，断裂的速度快，常使容器断裂成碎 片。 （错误，断口应与最大主应力 方向平行）
《过程设备设计》复习题
一、填空题
1．GB150《钢制压力容器》属于 标准，该标 准适合于压力不大于 MPa的钢制压力容器的设 计。
2．设计压力容器时，通常需要考虑的载荷工况包
括
、
和
三种。
3．法兰按照其所连接的部件分为 容器法兰 和 管道
法兰 两类。4．压力容器设计的基本要求是
与 的统一。
5．压力容器常见的封头形式有 、
A 最高工作压力大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；
B 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m； C 容积（V）大于等于0.025m3；
D 盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的
液体。
2下列关于热应力的说法哪些不正确
（AD）
A 热应力随约束程度的增大而减小
变，以改善焊缝的受力状况。
7 下列关于二次应力说法中错误的
有 (ABD)
A 二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。
B 二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。
C 二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应
力或切应力。
D 二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加到一次
6 下列关于椭圆形封头说法中正确的
有
（ABD）
A 封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀
B 封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型
C 椭圆形封头常用在高压容器上
D 直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突
10．压力容器在
作用下易疲劳断裂。
11．密封装置的失效形式主要表现
为 。
12．一次应力的基本特征是
。
13．不连续应力的基本特征是
和
。
14．压力容器的补强结构ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 、
和
三种形式。
15．交变应力可以用 、
、 等特征
参量来表示。
16．焊接接头系数表示
解：据拉美公式，易知圆筒外壁处径向应力为零，即
外壁处径向位移为wo，据变形几何关系，可得外壁处的周向应变 为
……① 据广义胡克定律，外壁处的周向应变又可表示为
……② 据拉美公式，可得内压圆筒外壁处的周向应力和轴向应力分别为
……③ 联立①②③，得 化简上式并代入相应的值，得
因此，据拉美公式，可得该圆筒内外壁面处应力
D 高压容器都是第三类压力容器。
5下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的
有 （CEF）
A 当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为.
B GB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采用塑性失效设计
准则。
C GB150采用基于最大主应力的设计准则，而JB4732采用第三强
3、 简答题（每题5分，共40分） 1 简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点 答：爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它个爆破片在标定爆破压力下
即发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容 器也就被迫停止运行。与安全阀相比，它有两个特点：一是密闭性 能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。
应力之上的应力增量。
8下列说法中，错误的有
（C
）
A 相同大小的应力对压力容器失效的危害程度不一定相同。
B 设计寿命为10年、操作周期为2小时的压力容器应按分析设计标
准设计。
C 校核一次加二次应力强度的目的是防止压力容器发生过度弹性变
形。
D 压缩应力不需要进行应力分类限制。
８ 为什么要控制压力容器钢中的磷、硫含量？ 答：硫和磷是钢中最主要的有害元素。硫能促进非金属夹杂物的形成，
使塑性和韧性降低。磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别 是低温脆性。将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提 高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐射脆化能力，改善 抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。
度理论。
D 需做疲劳分析的压力容器设计，在这三个标准中，只能选用
GB150.
E GB150的技术内容与ASME VIII—1大致相当，为常规设计标准；而
JB4732基本思路与ASME VIII—2相同，为分析设计标准。
F 按GB150的规定，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数
分别大于等于1.6和3.0。
（错，缺密封装置） ５ 盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应
进行100%射线或超声检测。（对） ６ 承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都 发生在支承处。
（错 周边简支发生在中心处） ７ 筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的
制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。（错，也可以用锻造筒
四、试推导内压薄壁球壳的厚度计算公式。（10分） 答：根据平衡条件，其轴向受的外力必与轴向内力相等。对于薄壳体，
可近似认为内直径等与壳体的中面直径D =
由此得 由强度理论知 <= 用，代入上式，经化简得 由上式可得
五、计算题（共８分）
一单层厚壁圆筒，承受内压力pi＝36Mpa，测得（用千分表）筒壁外表 面的径向位移w0＝0.365mm，圆筒外直径D0＝980mm，E＝2×10Mpa，μ ＝0.3。试求圆筒内外壁面的应力值。
２ 压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？压力容器接管 补强结构主要有哪几种形式？试画图说明。
答：（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构 的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来 隐患。 （2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。
补强圈补强
厚壁接管补强
答： 1. 韧性断裂的宏观特征：整体鼓胀；周长延伸率可达10%~20%； 断口处厚度显著减薄；没有碎片或偶尔有碎片；按实测厚度计 算的爆破压力与实际爆破压力 相当接近。 2. 封头和筒体连接处虽然存在不连续应力，但连接处会产生变形 协调，导致材料强化；而筒体中3、部应力与所受压力成正 比，随着压力的增大应力迅速增大，所以破口出现在筒体中 部。 3. 加压过程中，材料先发生弹性形变，压力线性增加；当压力到 达材料屈服时，材料发生屈服，应力先下降，然后作微小波 动，压力表指针来回摆动；材料完全屈服后，压力继续上升。 4. 4、用实验结果验证Faupel爆破压力公式计算精度时，不能采用 标准中查到的材料力学的性能数据。因为标准中的数据只是材 料力学性能的一般数据，而由于材料的不稳定性，具体材料性 能与标准中的并不完全一致，为了验证公式精度，必须对材料 的力学性能进行试验测定。