过程设备设计考试题

2.1在厚壁圆筒中，如果由内压引起的应力与温差所引起的热应力同时存在，下列说法正确的是：（D ）A.内加热情况下内壁应力和外壁应力都有所恶化B.内加热情况下内壁应力和外壁应力都得到改善C.内加热情况下内壁应力有所恶化，而外壁应力得到改善D.内加热情况下内壁应力得到改善，而外壁应力有所恶化2.2通过对最大挠度和最大应力的比较，下列关于周边固支和周边简支的圆平板说法正确的是：（A）A.周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支的圆平板B.周边固支的圆平板仅在刚度方面均优于周边简支的圆平板C.周边固支的圆平板仅在强度方面均优于周边简支的圆平板D.周边简支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边固支的圆平板2.3下列有关受均布外压作用圆筒的失稳情况的叙述，错误的是：（A ）A.失稳临界压力与材料屈服点无关B.受均布周向外压的长圆筒的临界压力与L无关C.很短的圆筒在受均布轴向压缩载荷时将出现对称失稳D.圆筒的形状缺陷对圆筒的稳定性产生很大影响2.4下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：（D）A.增加壁厚B.采用多层圆筒结构，对内筒施加外压C.自增强处理D.采用分析设计的方法2.5下列有关不连续应力的叙述，错误的为：（C ）A.不连续应力是由于结构不连续引起变形不协调造成的B.具有局部性与自限性的特征C.其危害程度比总体薄膜应力大D.脆性材料制造的壳体对不连续应力十分敏感2.6下列关于局部载荷说法正确的是：（B ）A.对管道设备附件设置支架，会增加附件对壳体的影响B.对接管附件加设热补偿元件，无明显意义C.压力容器制造中出现的缺陷，会造成较高的局部应力D.两连接件的刚度差大小与边缘应力无明显关系2.7外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（C ）A.两个B.四个C.大于两个D.大于四个2.8下列关于薄壳应力分析中应用的假设，错误的是：（D ）A.假设壳体材料连续，均匀，各向同性B.受载后的形变是弹性小变形C.壳壁各层纤维在变形后互不挤压D.壳壁各层纤维在变形后互相挤压2.9关于薄圆平板的应力特点，下列表述错误的是：（B ）A.板内为二向应力，切应力可予以忽略B.正应力沿板厚分布均匀C.应力沿半径分布与周边支承方式有关D.最大弯曲应力与（R/t）的平方成正比2．压力容器应力分析2.1 为降低局部应力，下列结构设计合理的是：（ ABCD）A. 减少两联接件的刚度差B. 尽量采用圆弧过度C. 局部区域补强D. 选择合理的开孔方位2.2 承受内压的薄椭球壳应力的大小与哪些因素有关：（ ABC）A.内压的大小B.球壳的壁厚C.长短轴之比D.球壳的材料2.3 下列哪些是较常用的实验应力分析方法：（ AC）A.电测法B.差分法C.光弹性法D.破坏实验2.4 深水容器由于长期工作于水底并承受较大的外压，常会出现以下几种失效方式：（ ABC）A.腐蚀B.泄露C.失稳D.脆性断裂2.5 不同结构组合壳的连接边缘处存在有边缘应力，边缘应力的特性有：（AC ）A.局部性B.均匀性C.自限性D.连续性2.6内压作用下，下列关于单层厚壁圆筒中应力分部规律的表述正确的有：（ ACD ）A.周向应力及轴向应力均为拉应力，径向应力为压应力。

B.内壁径向应力绝对值最大，而内壁的周向应力最小。

C.轴向应力为一常量，沿壁厚均匀分布，且为周向应力与径向应力和的一半。

D.除轴向应力外，其他应力沿厚度的不均匀程度与径比K有关，K值愈大不均匀程度愈大。

2.7 下列有关热应力的说法正确的有：（ ABD ）A.热应力随约束程度的增大而增大。

B.热应力于零外载平衡，是由热变形受约束引起的自平衡应力C.厚壁圆筒径向温度不均匀引起热应力时，在温度高处产生拉伸应力，温度低处产生压缩应力。

D.热应力具有自限性，屈服流动和高温蠕变可使热应力降低。

2.8 下列关于形状缺陷对圆筒稳定性影响说法正确的是：（ ABC）A.圆筒的形状缺陷主要有不圆和局部区域的折皱，鼓胀或凹陷。

B.在内压作用下，圆筒有消除不圆度的趋势。

C.形状缺陷对内压容器强度的影响不大。

D.形状缺陷对外压容器强度的影响不大。

2.9 通过合理地设计结构，可以降低局部应力，例如以下措施正确的有：（ABCD ）A.减少两连接件的刚度差。

B.尽量采用圆弧过渡。

C.局部区域补强。

D.选择合理的开孔方位。

2.10 下列关于厚壁圆筒应力分析正确的是：（ AD）A.厚壁圆筒的应力分析应采用三向应力分析。

B.厚壁圆筒周向应力沿壁厚分布均匀。

C.厚壁圆筒径向应力沿壁厚分布均匀。

D.内外壁间温差加大，热应力相应增大。

2.11 下列哪些是无力矩理论的应用条件：（ ABCD ）A 壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变；B 构成壳体的材料的物理性能相同；C 壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩的作用；D 壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠度。

2．压力容器应力分析(错)2.1 壳体失稳时的临界压力随壳体材料的弹性模量E、泊松比的增大而增大，而与其他因素无关。

(错)2.2 由于边缘应力出现在不连续处，因此它的危险性远远大于薄膜应力。

(对)2.3 内加热情况下内壁应力叠加后得到改善，而外壁应力有所恶化。

外加热情况下则刚好相反，内壁应力恶化，而外壁应力得到很大改善。

(错)2.4 对于受内压壳体，其上面各点一定是受到拉应力的作用，而不会受到压应力的作用。

(错)2.5 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)2.6 压力容器爆破实验中，椭圆形封头和容器连接处有应力集中现象，所以爆破口一般会出现在接头处。

(错)2.7 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)2.8 塑性失效设计准则一般用于应力分布均匀的构件。

(错)2.9 外直径与内直径之比2/1.5的圆柱壳体属于薄壁圆筒。

(错)2.10 工程上常用的标准椭圆形封头，其a/b为2。

(错)2.11 在仅受内压的厚壁圆筒中，轴向应力沿壁厚分布是不均匀的。

(对)2.12 周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支圆平板。

(错)2.13 短圆筒在受外压失稳时，将呈现两个波纹。

2．压力容器应力分析2.1 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作比较，它们有何异同？1.在内压作用下，这些壳体将产生应力和变形，当此应力超过材料的屈服点，壳体将产生显著变形，直至断裂。

2.壳体在承受均布外压作用时，壳壁中产生压缩薄膜应力，其大小与受相等内压时的拉伸薄膜应力相同。

但此时壳体有两种可能的失效形式：一种是因强度不足，发生压缩屈服失效；另一种是因刚度不足，发生失稳破坏。

2.2 试述影响承受均布外压圆柱壳的临界压力因素有哪些？为提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，应采用高强材料。

对否，为什么？对于给定外直径Do和壳壁厚度t的圆柱壳，波纹数和临界压力主要决定于，圆柱壳端部边缘或周向上约束形式和这些约束处之间的距离，即临界压力与圆柱壳端部约束之间距离和圆柱壳上两个刚性元件之间距离L有关。

临界压力还随着壳体材料的弹性模量E、泊松比μ的增大而增加。

非弹性失稳的临界压力，还与材料的屈服点有关。

弹性失稳的临界压力与材料强度无关，故采用高强度材料不能提高圆柱壳弹性失稳的临界压力。

2.3 两个直径、壁厚和材质相同的圆筒，承受相同的周向均布外压。

其中一个为长圆筒，另一个为短圆筒，试问它们的临界压力是否相同，为什么？在失稳前，圆筒中周向压应力是否相同，为什么？随着所承受的周向均布外压力不断增加，两个圆筒先后失稳时，圆筒中的周向压应力是否相同，为什么？2.4 承受周向压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力。

对否，为什么？且采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。

对否，为什么？ 对于承受周向外压的圆筒，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。

设置加强圈将增加制造成本；而且，当L/Do 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。

2.5 试确定和划分短圆筒与刚性圆筒的界限，并导出其临界长度短圆筒最小临界压力近似计算式：t D LD Et p cr 00259.2=对于钢质长圆筒，临界压力计算式为：302.2⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=D t E p cr 对于给定的D 和t 的圆筒，有一特征长度作为区分n=2的长圆筒和n>2的短圆筒的界限，此特性尺寸称为临界长度，以L c r 表示。

当圆筒的计算长度L >L cr 时属长圆筒；当L<L cr 时属短圆筒。

如圆筒的计算长度L =L c r 时，上述两式相等即30003059.222⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅D t D t D L E D t E crt D D L cr 0017.1=2.6 承受横向均布载荷的圆形薄板，其力学特征是什么？它的承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么？受轴对称均布载荷薄圆板的应力有以下特点①板内为二向应力r σ、θσ。

平行于中面各层相互之间的正应力z σ及剪力r Q 引起的切应力τ均可予以忽略。

②正应力r σ、θσ沿板厚度呈直线分布，在板的上下表面有最大值，是纯弯曲应力。

③应力沿半径的分布与周边支承方式有关，工程实际中的圆板周边支承是介于两者之间的形式。

④薄板结构的最大弯曲应力m ax σ与()2t R 成正比，而薄壳的最大拉（压）应力m ax σ与t R 成正比，故在相同t R 条件下，薄板的承载能力低于薄壳的承载能力。

2.7 承受横向均布载荷作用的圆平板，试比较周边简支和固支情况下，圆板中的最大弯曲应力和挠度的大小和位置1.挠度 周边固支和周边简支圆平板的最大挠度都在板中心。

周边固支时，最大挠度为得D pR w f'=644max周边简支时，最大挠度为D pR w s'++=64154max μμ二者之比为μμ++=15maxmax f s w w 对于钢材，将3.0=μ代入上式得 08.43.013.05max max =++=f s w w这表明，周边简支板的最大挠度远大于周边固支板的挠度。

2.应力周边固支圆平板中的最大正应力为支承处的径向应力，其值为()22max43t pR f r =σ周边简支圆平板中的最大正应力为板中心处的径向应力，其值为()()22max833t pR s r μσ+=二者的比值为()()23max max μσσ+=f r s r对于钢材，将3.0≈μ代入上式得()()65.123.3max max ==f r s r σσ这表明周边简支板的最大正应力大于周边固支板的应力。