过程设备设计习题

1、目 录第一章 压力容器导言1第二章 压力容器应力分析5第三章 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响13第四章 压力容器设计16第五章 储存设备23第六章 换热设备24第七章 塔设备26第八章 反应设备27【概念题参考答案】2771第一章 压力容器导言【教学基本内容和要求】1了解压力容器基本组成和主要零部件；2了解介质的毒性和易燃性，掌握压力容器几种不同分类方法；3了解压力容器的质量保证体系的内容，了解常用压力容器标准和规范。一【思考题】1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？2压力容器主要由哪几部分组成？分别起什么作用？3容规在确定压力容器类别时，为什么不仅要根

2、据压力高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类？4容规与GB150的适用范围是否相同？为什么？5GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同？它们的适用范围是什么？6过程设备的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？7在我们做压力容器爆破实验时发现，容器首先破坏的地方一般在离封头与筒体连接处一段距离的地方，而并非处于理论上应力集中的连接处的地方，请问原因何在？二【判断题】1压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。（ ）2易燃介质是指与空气混合的爆炸下限小于10或爆炸上限和下限之差小于等于20的气体。（ ）3高压容器（代号H）和超高压容器（代号U）是典型的第一类

3、压力容器。（ ）4压力容器中，封头与筒体之间一定要有密封装置。（ ）5压力容器在设计时只要满足企业要求就行了，不需要满足GB150。（ ）6盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的A、B类焊接接头应进行100%射线或超声检测。（ ）7压力容器分为三类：第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器，其中低压的具有极度毒性的压力容器属于第一类压力容器。（ ）816MnR的含碳量约为0.016%。（ ）9毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积大于等于0.2MPam3 的低压容器属于第三类压力容器。（ ）10所有毒性为高度危险的容器都属于第三类压力容器。（ ）11压力容器在生产工

4、艺过程中的作用可分为：反应压力容器，换热压力容器，分离压力容器，储存压力容器。其中反应压力容器最危险，而储存压力容器最安全。（ ）12某化工容器严格按照国际最新标准生产制造出来，当然它是满足企业的标准的。（ ）13所谓的高温容器是指工作温度在材料蠕变温度以上。（ ）14易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全焊透结构。( )15在过程装备设计中，为充分利用材料的强度，节省材料，减轻重量，应采用等强度设计。16Q235-B钢板可以用来制造毒性程度为高度危害介质的压力容器。（ ）17Q235A钢板可以用来制造压力容器。（ ）18过程设备各零件的强度并不相同，整体强度往往取决于强度最弱的零部件的强度。（

5、 ）三【多选题】1介质危害性有多种，其中影响压力容器分类的是：（ ）A 毒性， B 腐蚀性， C 氧化性， D 易燃性2下列属于第三类压力容器的是：（ ）A 毒性程度为极度和高度危险介质的低压容器；B 毒性程度为极度和高度危险介质且PV大于等于0.2MPa.m3的低压容器；C 易燃或毒性程度为为中度危险介PV大于等于10MPa.m3的中压储存容器；D 中压管壳式余热锅炉；E 高压容器3容规适用于具备下列哪些条件的压力容器：（ ）A 最高工作压力（Pw）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

6、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。4过程设备在生产技术领域中应用十分广泛，是化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必须的关键设备。下列属于过程设备在实际生产中应用的是：（ ） A 加氢反应器， B 超高压食品杀菌釜， C 核反应堆， D 压缩机5凡属于下列情况之一者为一类压力容器（ ）；凡属于下列情况之一者为二类压力容器（ ）；凡属于下列情况之一者为三类压力容器（ ）；A 压力 0.1MPap1.6MPa 的容器；B 压力 0.1MPap1.6MPa 的容器；C 压力 1.6MPap10

7、.0MPa 的容器；D 压力 1.6MPap10.0MPa 的容器；E 高压容器；F 极度毒性和高度危险介质的中压容器；G 极度毒性和高度危险介质的低压容器；H 真空容器。6下列关于压力容器的分类错误的是：（ ）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。D 高压容器都是第三类压力容器。7下列哪些是无力矩理论的应用条件：（ ）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

8、制边界处的转角与挠度。8压力容器安全技术监察规程适用于同时具备下类条件的压力容器：（ ）A 最高工作压力（Pw）大于等于0.1MPa（含液体静压力）；B 最高工作压力（Pw）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；C 内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m3D 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。9下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的有：（ A 当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为0.1MPaP35MPa .B GB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采

9、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  VIII1大致相当，为常规设计标准；而JB4732基本思路与ASME  VIII2相同，为分析设计标准。F GB150中规定钢材许用应力时，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数分别为1.6与3.0。10下列属于第三类压力容器的是：（ ）A 中压搪玻璃压力容器.B 中压容器C 球形储罐D 低温液体储存容器（容积大于5m3）E 移动式压力容器.F 低压容器（

10、仅限毒性程度为极度和高度危害介质）11下列哪些是压力容器的安全附件：（ ）A 爆破片装置， B 压力表， C 人孔， D 测温仪12按承载方式分类，压力容器可分为：（ ） A 内压容器， B 外压容器， C 反应压力容器， D 真空容器四【单选题】1所谓高温容器是指下列哪一种：（ ） A 工作温度在材料蠕变温度以上B 工作温度在容器材料的无塑性转变温度以上C 工作温度在材料蠕变温度以下D 工作温度高于室温2GB150适用下列哪种类型容器：（ ）A 直接火加热的容器B 固定式容器C 液化石油器槽车D 受辐射作用的核能容器3一个载荷稳定均匀的内压厚壁圆筒最好采用哪种设计准则：（ ） A 弹性失效，

11、 B 塑性失效， C 爆破失效， D 弹塑性失效，4有关容规适用的压力说法正确的是：（ ）A 最高工作压力大于0.01MPa(不含液体静压力) B 最高工作压力大于等于0.1MPa(不含液体静压力)C 最高工作压力大于1MPa(不含液体静压力) D 最高工作压力大于等于1MPa(不含液体静压力)5毒性为高度或极度危害介质PV>=0.2MPa.m3的低压容器应定为几类容器：( )A 类， B 类， C 类， D 不在分类范围6影响过程设备安全可靠性的因素主要有：材料的强度、韧性和与介质的相容性；设备的刚度、抗失稳能力和密封性能。以下说法错误的是：（ ）A 材料强度是指在载荷作用下

12、材料抵抗永久变形和断裂的能力B 冲击吸收功是指材料断裂过程中吸收变形能量的能力C 刚度是过程设备在载荷作用下保持原有形状的能力D 密封性是指过程设备防止介质或空气泄漏的能力7毒性为中度危害的化学介质最高容许质量浓度为：（ ）A <0.1mg/m3， B 0.1<1.0mg/m3 ， C 1.0<10mg/m3， D 10mg/m3  8内压容器中，设计压力大小为50MPa的应划分为：（ ）A 低压容器 ， B 中压容器， C高压容器， D 超高压容器9下列属于分离压力容器的是：（ ）A 蒸压釜， B 蒸发器， C 干燥塔， D 合成塔第

13、二章 压力容器应力分析【教学基本内容和要求】1了解回转壳体的基本几何概念，了解圆柱壳轴对称问题的有力矩理论和回转壳体的不连续分析方法；2掌握无力矩理论并熟练应用，着重掌握受内压时回转薄壳的应力特点；3掌握厚壁圆筒应力特征；4了解厚壁圆筒弹性应力分析方法，了解厚壁圆筒弹塑性应力分析方法；5掌握屈服压力和爆破压力的计算和提高屈服承载能力的措施；6了解圆板轴对称弯曲的基本方程；7掌握均布载荷下圆板中的应力；8了解外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析方法，了解其它回转薄壳的临界压力；9掌握长圆筒和短圆筒的临界压力的计算；10了解典型局部应力的产生、计算及降低局部应力的措施。一【思考题】1试述承受均布外压的回转壳

14、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？2试述影响承受均布外压圆柱壳临界压力的因素有哪些？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？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？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？5试确定和划分短圆筒与刚性

15、圆筒的界限，并导出其临界长度。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？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。8承受横向均布载荷作用的圆平板，当其厚度为一定时，试证明板承受的总载荷为一与半径无关的定值 9已知一环板，外周边简支、内周边受均布剪力f，其任意半径处的转角、挠度和弯曲应力表达式均为已知。现求几何尺寸不变时，内周边简支、外周边受均布剪力的环板的转角、挠度和应力的表达式。10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？11为什么

16、厚壁圆筒微元体的平衡方程在弹塑性应力分析中同样适用？12一厚壁圆筒，两端封闭且能可靠地承受轴向力，试问轴向、环向、径向三应力之关系式，对于理想弹塑性材料，在弹性、塑性阶段是否都成立，为什么？13有两个厚壁圆筒，一个是单层，另一个是多层圆筒，二者径比和材料相同，试问这两个厚壁圆筒的爆破压力是否相同？为什么？14预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？15简述无力矩理论的适用范围。16单层薄壁圆筒同时承受内压Pi和外压Po作用时，能否用压差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？17工程上采取什么措施来减少热应力？18试分别在内压和外压作用下分析圆筒形状缺陷

17、对圆筒稳定性的影响。19求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法？20圆柱壳除受到介质压力作用外，还有哪些从附件传递来的外加载荷？21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。22何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有那些重要特征，其中与(Rt)平方根两个参数量的物理意义是什么？23单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有那些特征？当承受的内压很高时，能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么？24一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么？25试分析标准椭圆封头采用长短轴之比a/b=2的原因。26推倒无力矩理论的基本方程时，在微元截取时，能否采用两个相邻的垂直于轴线的横截面

18、代替教材中于经线垂直、同壳体正交的圆锥面？为什么？27单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有那些特征？当承受内压很高时，能否仅增加壁厚来提高承载能力？二【判断题】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。（ ）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。（ ）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。（ ）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。（ ）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。

19、（ ）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。（ ）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。（ ）8塑性失效设计准则一般用于应力分布均匀的构件。（ ）9外直径与内直径之比2/1.5的圆柱壳体属于薄壁圆筒。（ ）10工程上常用的标准椭圆形封头，其a/b为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。（ ）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。（ ）13短圆筒在受外压失稳时，将呈现两个波纹。（ ）三【多选题】1为降低局部应力，下列结构设计合理的是：（

20、 ）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承受内压的薄椭球壳应力的大小与哪些因素有关：（ ）A 内压的大小， B 球壳的壁厚， C 长短轴之比， D 球壳的材料3下列哪些是较常用的实验应力分析方法：（ ）A 电测法， B 差分法， C 光弹性法， D 破坏实验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：（ ）A 腐蚀， B 泄露， C失稳， D 脆性断裂 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：（ ）A 局部性， B均匀性， C自限性， D.连续性6在内压作用下，下列关于单层厚壁圆筒中应力

21、分部规律的表述正确的有：（ ）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。7下列有关热应力的说法正确的有：（ ）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。8下列关于形状缺陷对圆筒稳定性影响说法正确的

22、是：（ ）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。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：（ ）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。10下列关于厚壁圆筒应力分析正确的是：（ ）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。四【单选题】1在厚壁圆筒中，如果由内压引起的应力与温

23、差所引起的热应力同时存在，下列说法正确的是：（ ）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 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。3下列有关受均布外压作用圆

24、筒的失稳情况的叙述，错误的是：（ ）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。4下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：（ ）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。5下列有关不连续应力的叙述，错误的为：（ ）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。6下列关于局部载荷说法正确的是：（

25、）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。7受外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：（ ）A 两个； B 四个； C 大于两个； D 大于四个。8下列关于薄壳应力分析中应用的假设，错误的是：（ ）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。9关于薄圆平板的应力特点，下列表述错误的是：（ ）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；

26、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。五【计算题】1写出下列回转壳中A点的主曲率半径R1、R2和 平行圆半径r计算题1图2确定图中碟形封头上A、B、C三点的主曲率半径R1、R2 计算题2图 计算题3图3如图所示具有标准椭圆形封头和锥形底的圆筒，试求：（1）当承受均匀气压P=1.0MPa时，A、B、C三点处的薄膜应力；（2）当椭圆形封头a/b=2，2，3时封头上的薄膜应力的最大值及其位置（a不改变）。4试确定如图所示中间支承的圆筒形储液筒壳壁中A、B和C三处的薄膜应力。筒内液体密度为。 计算题4图5试用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气

27、体内压p，壳体中面半径为R，壳体厚度为t）。若壳体材料由20R(b)=400Mpa，(s)=245MPa改为16MnR(b)=510MPa，(s)=345MPa时，圆柱壳中的应力如何变化？为什么？6对一标准椭圆形封头（如图所示）进行应力测试。该封头中面处的长轴D1000mm,厚度t=10mm，测得E点（x=0）处的周向应力为50MPa。此时，压力表A指示数为1MPa，压力表B的指示数为2MPa，试问哪一个压力表已失灵，为什么？7有一容器端盖是由经线所形成的回转薄壳，如图所示，其中气体的压力为1Mpa，筒体直径为1600mm，盖及筒体的厚度为12mm，试用无力矩理论计算A、B两点的压力。（参考公

28、式：曲线第一曲率半径）计算题6图 计算题7图8有一压力容器，一端为球形封头，另一端为椭圆形封头，如图所示。已知圆筒的平均直径为，封头和筒体壁厚均为，最高工作压力，试确定：（1）筒身经向应力和环向应力；（2）球形封头的和（3）椭圆形封头值分别为、2、3时，封头的最大应力所在位置。试画出应力分布图。（参考公式： ） 计算题8图 9半径为R，厚度为t，密度为的球形盖，求因自身质量作用在容器中引起的薄膜应力。 计算题9图 计算题10图10如图所示储满液体的锥壳，液体密度为，试写出应力表达式。11有一锥形底的圆筒形密闭容器，如图所示，试用无力矩理论求出锥形壳中的最大薄膜应力与的值及相应位置。已知圆筒形容

29、器中面半径R，厚度t；锥形底的半锥角，厚度t，内装有密度为的液体，液面高度为H，液面上承受气体压力。 计算题11图 计算题12图12容器如图所示，圆筒中面半径为R，壁厚为t，圆锥与圆筒的壁厚相等，半锥顶角为。容器内承受气体压力p的作用，且圆筒中液柱高为H1，圆锥液柱高为H2，液体密度为，忽略壳体的自重。 （1）按无力矩理论推导A-A、B-B、C-C、D-D截面处的经向应力和周向应力的计算公式；（或推导壳体上各处的经向应力和周向应力的计算公式）； （2）若H1 >H2，求出圆锥壳中最大应力作用点的位置及大小。13试求两端封闭圆筒的轴向应力和内半径处的周向应力。该圆筒的内径Di=20mm，外

30、径Do=30mm，同时受内压60MPa，外压20MPa作用。14单层厚壁圆筒，承受内压力36MPa时，测得（用千分表）筒壁外表面的径向位移0.365mm，圆筒外直径=980mm，E=2×105MPa，0.3。试求圆筒内外壁面应力值。15一高压容器，其筒体内径Di=1000mm，外径Do=1250mm，承受内压35MPa，试求： （1）内外壁面的主应力值为多少？ （2）外壁面周向应变为多少？（E=2.1×105MPa，0.3）16一仅受内压作用的单层厚壁圆筒，内压Pi40MPa，外径Do1100mm，内径Di=1000mm，E=MPa，0.3，求圆筒外壁面的应力值和径向位移。

31、17由内径100mm、外径150mm和内径50mm、外径100.02mm的两圆筒热套成组合圆筒，试计算在接触面上产生的套合压力为多大？已知两圆筒材料的弹性模量均为E=2.08×105MPa。18蒸汽管为108×4mm的无缝钢管，如果管道两端刚性固定，安装时温度t1=20，且无装配应力，工作时输送压力为0.1Mpa（绝）的蒸汽，求输送管外径不变、管壁厚度增大一倍时，求管壁温差应力及支座约束反力。19下图为一圆筒在内压作用时，压力与容积变化量的关系图。看图回答下列问题并推导相关公式：（1）OA段为直线，为什么？（2）A、C、D点对应的压力分别称为什么？（3）AC段为弹塑性变形阶

32、段，CD段为爆破阶段，试分析曲线具有上图形状的原因。（4）试推导出基于Tresca屈服失效判据（又称为最大切应力屈服失效判据或第三强度理论）的与的关系（为筒体所受内压，为弹性区与塑性区分界面半径），假设材料为理想弹塑性材料，屈服点为并用所推导的公式写出（图中A点压力）表达式。计算题19图20三个几何尺寸相同的承受周向外压的短圆筒，其材料分别为碳钢（y=220Mpa，E=2×105MPa，0.3），铝合金（y=110Mpa E=0.7×105MPa，0.3）和铜（y=100Mpa E=1.1×105MPa，0.31），试问哪一个圆筒的临界压力最大，为什么？21有一圆

33、筒，其内径为1000mm，壁厚为10mm，长度为20m，材料为20R()。在承受周向外压时，求其临界压力。在承受内压力时，求其爆破压力，并比较其结果。22有一周边固支的圆板，半径R=500mm ，板厚t=38mm ，板面上承受横向均布载荷 P=3MPa，试求板的最大挠度和应力（取板材的E=2×105MPa，0.3）。上题中的圆平板周边改为简支，试计算其最大挠度和应力，并将计算结果与上题作一分析比较。23一穿流式泡沫塔其内径为，塔板上最大液层为（液体重为），塔板厚度为，材料为低碳钢（E=2×105MPa，0.3）。周边支承可视为简支，试求塔板中心

34、处的挠度；若挠度必须控制在以下，试问塔板的厚度应增加多少？24一离心机，用来沉降悬浮料液，物料密度。转筒直径D=800mm，壁厚t=8mm，高H=700mm。材料为碳钢（密度），弹性模量,当以1500r/min回转时，液体自由表面可近似与壁面平行。回转半径r=300mm。（1）求环向薄壁应力（2）求经向薄壁应力.计算题24图第三章 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响【教学基本内容和要求】1掌握压力容器常用材料的分类、牌号和性能，了解有色金属和非金属的种类；2了解塑性变形、焊接、热处理对钢材性能的影响；3掌握介质对压力容器用钢性能的影响，了解温度、加载速率对压力容器用钢性能的影响；4了解压力

35、容器用钢的基本要求，了解选择压力容器钢材应考虑的因素，了解压力容器选材的基本原则。一【思考题】1压力容器用钢有哪些基本要求?改善钢材性能的途径有哪些？2简述压力容器选材的基本原则。3什么是应变硬化?应变硬化对钢材的常温力学性能有何影响?4什么是环境氢脆?环境氢脆是由什么原因引起的?5疲劳破坏有哪些特征？6什么是石墨化现象?怎样预防?7压力容器长期在高温下工作其材料的性能，金相组织会发生什么变化?8影响压力容器钢材性能的环境因素有哪些?9试列举三种压力容器韧性破坏的原因。10韧性破坏和脆性破坏有什么区别？哪种破坏的危险性更大？11压力容器钢材选择时要考虑到的一个很大的因素是材料的价格。试问影响材

36、料价格的因素主要有哪些？一般情况下，为较好的符合经济要求，该怎么选择材料？12减少焊接应力和变形的措施有哪些？焊接接头常见缺陷有哪几种？试画图表示。13简述短期静载下温度对钢材力学性能的影响。14为什么要控制压力容器钢中的磷、硫含量？15高温下材料性能的劣化主要有哪些形式？选择其中一种说说如何消除或防止劣化。16简述应力腐蚀过程及预防措施17请列举焊接接头检验的主要方法。18高温，高氢分压环境下工作的压力容器在停车时，应先降压，保温消氢后，再降至常温，切不可先降温后降压。试述其原因。二【判断题】1加工硬化在冷加工和热加工中都会存在。（ ）2只要有应力存在，就会发生应力腐蚀。（ ）3脆性断裂的特

37、征是断裂时容器没有膨胀，断口齐平，并与最大应力方向平行，断裂的速度快，常使容器断裂成碎片。（ ）4从金属学的观点来区分，冷、热加工的分界线是金属的再结晶温度。（ ）5热变形中无再结晶出现，因而有加工硬化现象。（ ）6一般说来，具有体心立方晶格的金属，如碳素钢和低合金钢，都会低温变脆。（ ）7在常温下工作的零件，在发生弹性变形后，如果变形总量保持不变，则零件内的应力将保持不变。（ ）8应变硬化将使材料的比例极限提高而塑性降低。（ ）9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。（ ）10压力容器材料含碳量要小于0.25%.11为了保护在高温高氢分压环境下工作的压力容

38、器，在停车时我们应先把装置降温，使氢在金属中的溶解度下降，以利于析氢，然后在降压。（ ）12经过冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢，在室温下停留较长时间或在较高温度下停留一定时间后，会出现屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性降低的现象，称为应变时效。（ ）13熔合区是焊接接头中最薄弱的环节之一，部分正火区是焊接接头中组织和性能最好的区域。（ ）14压力容器设计时，应尽可能使零件工作时产生的最大正应力与纤维组织方向重合。（ ）15在焊接中要注意，焊缝不要布置在高应力区，焊缝要尽可能避免交叉。（ ）16固溶处理和稳定化处理都属于改善综合性能的热处理。（ ）17在高温和恒定载荷作用下，金属材料会产生随时间

39、而发展的塑性变形，称为蠕变现象。（ ）三【多选题】1下列选项中，那些属于高温下材料性能的劣化：（ ）A 蠕变脆化， B 应变硬化， C 石墨化， D 氢腐蚀2局部腐蚀有哪些形式：（ ）A 晶间腐蚀， B 小孔腐蚀， C 缝隙腐蚀， D 电化学腐蚀3属于应力腐蚀开裂的特征的有：（ ）A 一般为延迟脆性断裂 B 由拉伸应力引起 C 断裂发生前没有明显塑性变形 D 由压缩应力引起4蠕变的结果是使压力容器材料产生如下哪些变化：（ ）A 蠕变脆化， B 应力松弛， C 蠕变变形， D 蠕变断裂5下列属于非破坏性检验的有：（ ） A 取样试验， B 外观检查， C 密封性检查， D 无损检测6焊接接头的组

40、成一般有：（ ） A 焊缝， B 融合区， C 部分正火区， D 热影响区7按化学成份分类，压力容器用钢可分为：（ ）A 碳素钢， B 低合金钢， C 高合金钢， D 铸钢8下列关于钢材化学成分的说法正确的是：（ ）A 提高碳含量可能使强度增加，且使可焊性提高； B 压力容器用钢的含碳量一般不大于0.25%；C 在钢中加入钒，钛，铌等元素，可提高钢的强度和韧性；D 硫磷是钢中的最主要的有害元素。9下列关于压力容器常用钢材形状说法正确的是：（ ）A 圆筒一般由钢板卷焊而成，钢板通过冲压或旋压可制成封头等；B 压力容器的接管，换热管等常用无缝钢管制造；C 中国压力容器锻件标准中，将锻件分为四个级别

41、，级别高价格低；D 压力容器的平盖常用钢板制造。10压力容器的工作环境对材料性能的影响因素，主要有：（ ）A 温度高低； B 载荷波动； C 介质性质； D 加载速率11下列关于焊接应力和变形的说法正确的有：（ ）A 焊接过程的局部加热导致焊接件的较大温度梯度，引起焊接应力和变形；B 焊接应力和外载荷产生的应力叠加，易造成局部区域应力过高；C 焊接形变使焊件形状和尺寸发生变化，需要进行矫形；D 在进行焊接后，焊接变形较大的，焊接应力也较大。12为减少焊接应力和变形，可采取的措施有：（ ）A 减少焊接接头数量； B 焊缝不要布置在高压区； C 使焊缝交叉； D 使用十字焊。13压力容器局部腐蚀的

42、主要形式有：（ ）A 晶间腐蚀； B 小孔腐蚀； C 化学腐蚀； D 缝隙腐蚀四【单选题】1在压力容器制造过程中应用最广的焊接方法是：（ ） A 熔焊； B 压焊； C 钎焊； D 点焊2一般高压容器的平盖制造用的钢材是：（ ）A 钢板； B 钢管； C 锻件； D 铸件3在焊接中力学性能得到明显改善，是焊接接头中组织和性能最好的区域是：（ ）A 过热区； B 正火区； C 融合区； D 焊缝4下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：（ ）A 尽量采用对接接头结构，不允许产生未熔透缺陷；B 尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷；C 尽量减少焊缝处的应力集中；D 尽量选用好的焊接

43、材料。5下列焊接接头中可能出现的缺陷，最危险的是：（ ）A 裂纹； B 夹渣； C 气孔； D 未熔透6下列金属会产生低温变脆的是：（ ）A 铜； B 碳素钢； C 铝； D 奥氏体不锈钢7磁粉检测属于：（ ）A 破坏性检验； B 外观检查； C 密封性检查； D 无损检测8下列关于硫化学成分在钢材中的作用说法正确的是：（ ）A 硫元素不是钢材中的有害元素；B 硫元素能提高钢的强度，但会增加钢的脆性；C 硫元素能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低；D 压力容器用钢对硫的限制和一般结构钢相当。9钢材的可焊性主要取决于它的化学成分，其中影响最大的是：（ ）A 含碳量； B 含硫量； C 含磷

44、量； D 含氢量10金属塑性变形可分为热变形和冷变形，其中分界线是：（ ）A 金属再结晶温度； B 金属熔点； C 常温； D 100摄氏度11下列关于氢腐蚀与氢脆的说法错误的是：（ ）A 氢腐蚀指高温高压下氢与钢中的碳化合生成甲烷；B 奥氏体不锈钢可以很好地抵抗氢腐蚀；C 氢脆是指钢吸收氢而导致韧性下降的现象；D 碳素钢在500摄氏度以上的高压环境下才发生氢腐蚀。第四章 压力容器设计【教学基本内容和要求】1了解压力容器设计的基本内容、基本要求，了解压力容器设计条件、设计方法和设计文件的内容；2了解压力容器失效的基本形式，理解压力容器的强度失效设计准则、刚度失效设计准则、稳定失效设计准则和泄漏

45、失效设计准则；3掌握压力容器筒体和封头设计方法（含内压、外压）；4掌握开孔和开孔补强设计方法，握螺栓法兰连接的原理、了解法兰连接设计方法，了解支座、检查孔、安全泄放装置的作用、结构和选用；5掌握压力试验的方法和计算，了解焊接结构设计方法；6理解压力容器的分类和分析设计思想，了解疲劳分析的基本概念。一【思考题】1为保证安全，压力容器设计时应综合考虑哪些因素？具体有哪些要求？2压力容器的设计文件应包括哪些内容？3压力容器设计有哪些设计准则？它们和压力容器失效形式有什么关系？4什么叫设计压力？液化气体储存压力容器的设计压力如何确定？5一容器壳体的内壁温度为Ti，外壁温度为To，通过传热计算得出的元件

46、金属截面的温度平均值为T，请问设计温度取哪个？选材以哪个温度为依据？6根据定义，用图标出计算厚度、设计厚度、名义厚度和最小厚度之间的关系；在上述厚度中，满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？为什么？7影响材料设计系数的主要因素有哪些？8压力容器的常规设计法和分析设计法有何主要区别？9薄壁圆筒和厚壁圆筒如何划分？其强度设计的理论基础是什么？有何区别？10高压容器的筒体有哪些结构形式？它们各有什么特点和适用范围？11高压容器筒体的对接深环焊缝有什么不足？如何避免？12对于内压厚壁圆筒，中径公式也可按第三强度理论导出，试作推导。13为什么GB150中规定内压圆筒厚度计算公式仅适用

47、于设计压力p0.4t？14椭圆形封头、碟形封头为何均设置直边段？15从受力和制造两方面比较半球形、椭圆形、碟形、锥壳和平盖封头的特点，并说明其主要应用场合。16螺栓法兰连接密封中，垫片的性能参数有哪些？它们各自的物理意义是什么？17法兰标准化有何意义？选择标准法兰时，应按哪些因素确定法兰的公称压力？18在法兰强度校核时，为什么要对锥颈和法兰环的应力平均值加以限制？19简述强制式密封，径向或轴向自紧式密封的机理，并以双锥环密封为例说明保证自紧密封正常工作的条件。20按GB150规定，在什么情况下壳体上开孔可不另行补强？为什么这些孔可不另行补强？21采用补强圈补强时，GB150对其使用范围作了何种

48、限制，其原因是什么？22在什么情况下，压力容器可以允许不设置检查孔？23试比较安全阀和爆破片各自的优缺点？在什么情况下必须采用爆破片装置？24压力试验的目的是什么？为什么要尽可能采用液压试验？25简述带夹套压力容器的压力试验步骤，以及内筒与夹套的组装顺序。26为什么要对压力容器中的应力进行分类？应力分类的依据和原则是什么？27一次应力、二次应力和峰值应力的区别是什么？28分析设计标准划分了哪五组应力强度？许用值分别是多少？是如何确定的？29在疲劳分析中，为什么要考虑平均应力的影响？如何考虑？30化工压力容器焊接结构设计的基本原则是什么？31强度失效是因材料屈服或断裂引起的压力容器失效，强度失效

49、有哪些形式？并选择其一简述其特征和产生的原因32简述应力腐蚀过程及预防措施33简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点34常见的局部开孔补强结构有那几种？试画图说明。35简述计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度之间的关系。36什么是焊接应力？减少焊接应力有什么措施？37高压密封的结构形式有哪些？38请列举出几种常见的组合式圆筒设计形式，并分别简述其各自的优点。39为什么要考虑开孔的补强问题？40简述安全泄放装置的作用。41压力容器的失效判据和设计准则是什么？42平封头与筒体相连，通常平封头较厚，所以焊接工艺上通常要求在平封头焊接区附近开一个环行槽，其目的是什么，根据是什么？43请列举焊

50、接接头检验的主要方法。44高温，高氢分压环境下工作的压力容器在停车时，应先降压，保温消氢后，再降至常温，切不可先降温后降压。试述其原因。45简述过程设备的基本设计步骤。二【判断题】1承受均布周向外压力的圆筒，只要设置加强圈均可提高其临界压力。（ ）2二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。（ ）3有效厚度为名义厚度减去钢材负偏差。（ ）4确定外压计算长度时，对于椭圆形封头，应计入直边段及封头曲面深度的三分之一。（ ）5咬边不仅会减少母材的承载面积，还会产生应力集中，危害较为严重，较深时应予消除。（ ）6由于韧性断裂时容器的实际应力值往往很低，爆破片、安全阀等安全附件不会动作，其后果要比脆性断裂严重得多。（ ）7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，所以，所有壳体上必须开设检查孔。（ ）8爆破片的工作原理相当于用局部破坏换取整体安全。相比安全阀来说，通常使用的环境更为恶劣。（ ）9刚度失效是指由于构件过度的塑性变形而引起的失效。（ ）10失效判据可以直接用于压力容器的设计计算。（ ）11爆破失效设计准则以整个危险截面屈服作为失效状态。（ ）12影响焊接接头系数的因素较多，主要与焊接接头形式和焊缝无损检测的要求和