南京工业大学《过程设备设计》复习题

《过程设备设计》复习题

一、填空

1、压力容器基本组成：筒体、封头、密封装置、开孔与接管、支座、安全附件。

2、介质毒性程度愈高，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。

3、压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体和液化气体。

4、壳体中面：与壳体两个曲面等距离的点所组成的曲面。

5、薄壳：壳体厚度t与其中面曲率半径R的比值（t/R）max≤1/10。

6、厚壁圆筒中的热应力由平衡方程、几何方程和物理方程，结合边界条件求解。

7、改善钢材性能的途径：化学成分的设计、组织结构的改变、零件表面改性。

8、钢材的力学行为，不仅与钢材的化学成分、组织结构有关，而且与材料所处的应力状态和环境有密切的关系。

9、焊接接头系数——焊缝金属与母材强度的比值，反映容器强度受削弱的程度。

10、介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等；其中影响压力容器分类的主要是毒性和易燃性。

11、《压力容器安全技术监察规程》根据容器压力与容积乘积大小、介质危害程度以及容器的作用将压力容器分为三类。

12、回转薄壳：中面是由一条平面曲线或直线绕同平面内的轴线回转而成。

13、厚壁圆筒中热应力及其分布的规律为：① 热应力大小与内外壁温差成正比；② 热应力沿壁厚方向是变化的。

14、压力容器用钢的基本要求：较高的强度；良好的塑性、韧性、制造性能和与介质相容性。

15、压力容器设计中，常用的强度判据：包括抗拉强度бb、屈服点бs、持久极限、蠕变极限、疲

劳极限б-1

16、强度失效——因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，称为强度失效，包括（a）韧性断裂、（b）

脆性断裂、（c）疲劳断裂、（d）蠕变断裂、（e）腐蚀断裂等。

二、简述题

1、无力矩理论及无力矩理论应用条件？

①壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变，且构成壳体的材料的物理性能相同。

②壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩作用。

③壳体的边界处的约束可沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与挠度。

2、不连续效应？

由于结构不连续，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”或“边缘效应”。

3、厚壁容器应力特征与分析方法？

应力沿壁厚不均匀分布；若内外壁间的温差大，应考虑器壁中的热应力；应考虑径向应力，是三向应力状态；静不定问题，需平衡、几何、物理等方程联立求解等。

4、弹性薄板的小挠度理论基本假设---克希霍夫Kirchhoff？

①板弯曲时其中面保持中性，即板中面内各点无伸缩和剪切变形，只有沿中面法线w的挠度。②变形前位于中面法线上的各点，变形后仍位于弹性曲面的同一法线上，且法线上各点间的距离不变。③平行于中面

的各层材料互不挤压，即板内垂直于板面的正应力较小，可忽略不计。

5、失稳现象？

承受外压载荷的壳体，当外压载荷增大到某一值时，壳体会突然失去原来的形状，被压扁或出现波纹，载荷卸去后，壳体不能恢复原状，这种现象称为外压壳体的屈曲（buckling）或失稳（instability）。

6、临界压力和影响Pcr的因素？

壳体失稳时所承受的相应压力，称为临界压力，用Pcr表示。

对于给定外直径Do和厚度t，Pcr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；Pcr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Pcr还与材料的屈服点有关。

7、局部应力的产生、危害性与降低局部应力的措施？

局部载荷：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；

附加应力：在压力作用下，压力容器材料或结构不连续处，在局部区域产生的附加应力，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。

危害性：过大的局部应力使结构处于不安定状态，在交变载荷下，易产生裂纹，可能导致疲劳失效。

降低局部应力的措施：（1）合理的结构设计（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）选择合适的开孔方位。（2）减少附件传递的局部载荷：如果对与壳体相连的附件采取一定的措施，就可以减少附件所传递的局部载荷对壳体的影响，从而降低局部应力。例如：对管道、阀门等设备附件设置支撑或支架，可降低这些附件的重量对壳体的影响；对接管等附件加设热补偿元件可降低因热胀冷缩所产生的热载荷。（3）尽量减少结构中的缺陷：在压力容器制造过程中，由于制造工艺和具体操作等原因，可能在容器中留下气孔、夹渣、未焊透等缺陷，这些缺陷会造成较高的局部应力，应尽量避免。

8、蠕变现象、蠕变的危害、蠕变极限与持久强度？

在高温和恒定载荷的作用下，金属材料会产生随时间而发展的塑性变形，这种现象被称为蠕变现象。

蠕变的危害：蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。因此,

高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破坏发生。

蠕变极限与持久强度：a、蠕变极限————高温长期载荷作用下，，材料对变形的抗力；b、持久强度——在给定的温度下，经过一定时间后发生断裂时构件所能承受的最大应力。

9、压力容器设计、结构设计、密封设计？

根据给定的工艺设计条件，遵循现行的规范标准规定，在确保安全的前提下，经济、正确地选择材料，并进行结构、强（刚）度和密封设计。

结构设计——确定合理、经济的结构形式，满足制造、检验、装配、运输和维修等要求。

强（刚）度设计——确定结构尺寸，满足强度或刚度及稳定性要求，以确保容器安全可靠地运行。

密封设计——选择合适的密封结构和材料，，保证密封性能良好。

10、压力容器失效判据、设计准则？

将力学分析结果与简单实验测量结果相比较，判别压力容器是否会失效。这种判据，称为失效判据。

设计准则——根据失效判据，再考虑虑各种不确定因素，引入安全系数，得到与失效判据相对应的设计准则。包括：强度失效设计准则；刚度失效设计准则；稳定失效设计准则；泄漏失效设计准则。

11、不连续应力的自限性：

不连续应力是由弹性变形受到约束所致，因此对于用塑性材料制造的壳体，当连接边缘的局部区产生