化工机械设备试题与解答

1、200 4200 5 学年第二学期期末考试试卷 化工机械基础 ( A 卷 共 4页(考试时间:2005年 6月 21日 学院年级 2002级 学号 姓名 一、名词解释(共 10分,每小题 2分1、疲劳强度:金属材料在循环应力下,经受无限次循环而不发生破坏的最大应 力称为 “疲劳强度” , 用 r 表示。 对于一般钢材, 以 106107次不被破坏的应力, 作为疲劳强度。2、断面收缩率:主要反应材料局部变形的能力。以试件拉断后,断面缩小的面 积与原始截面面积 0A 的比值的百分数来表示, %10000-=A AA , A 为试件断 裂后的最小截面积。3、 薄壁容器:根据容器外径 0D 与内径 i

2、 D 的比值 K 来判断, 2. 1K 为薄壁容器。i D K 0=4、同素异构转变:在固态下晶格构造随温度发生变化的现象,称“同素异构转 变”5、垫片密封比压力:在法兰密封中形成初始密封条件的压紧应力叫垫片密封比 压力。二、问答题(共 33分1、画出低碳钢和铸铁的拉伸和压缩应力应变示意图,简要说明两种材料的的性能差别。 (8分 低碳钢拉伸和压缩时的应力应变图 铸铁拉伸应力应变图 铸铁压缩应力 应变图低碳钢拉伸和压缩时的比例阶段和屈服阶段重合, 表明此时拉伸和压缩的材 料性能一致。低碳钢压缩时不发生断裂破坏,无强度极限。铸铁拉伸和压缩时,最终都发生断裂破坏,且塑性变形小,没有屈服阶段, 铸铁的

3、拉伸和压缩的应力应变曲线的变化趋势一致, 但拉伸时的强度极限远小 于压缩时的强度极限, 表明铸铁材料适用于受压缩的状况, 而较少用于受拉伸状 态。2、下列钢号各代表何种钢,符号中的字母和数字各有什么意义?(8分Q215-B.F 代表 普通碳素钢(钢种 ,其中 Q 为 屈服强度的头一个拼音字 母, 215为屈服强度值, B 表示质量等级, F 表示沸腾钢。20A 代表高级优质碳素钢, 20为含碳量 0.2%。15MnVDR 代表普通低合金钢, 含碳量 0.15%左右, 含 Mn 小于 1.5%, 含 V 小于 1.5%, D 表示低温用钢, R 代表容器用钢H80 代表 黄铜(钢种 , H 为黄

4、铜牌号, 80 表示平均含铜 80%,含锌 20%。 3、不锈钢一般采用何种方式进行焊接,这种焊接方法的特点是什么?(4分不锈钢一般采用氩弧焊进行焊接。氩弧焊特点:用氩气为保护介质, 是惰性气体, 既不与金属起化学反应也不 溶于液态金属,可避免焊接缺陷,获得高质量的焊缝。由于氩气比较稀缺,使其 焊接成本较高, 目前主要用来焊接易氧化的有色金属、 稀有金属、高强度合金钢及一些特殊用途的高合金钢。4、一设备法兰的操作温度为 2700C ,工作压力为 0.8MPa ,当材料为 Q235-B 和 15MnVR 时应分别按何种公称压力级别确定法兰几何尺寸。 (4分 Q235-B 应按公称压力 1.6MP

5、a 级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR 应按公称压力 1.0MPa 级别确定法兰的几何尺寸。5、下列容器属一、二、三类容器的哪一类?(4分(1 直径为 2000mm ,设计压力为 1MPa 的圆筒形容器(2 设计压力为 3.6MPa 的搪玻璃压力容器(3 设计压力为 0.5MPa 的管壳式余热锅炉(4 p 为 3MPa 的氰化氢容器(1为一类容器; (2为三类容器; (3为二类容器; (4为三类容器。6、分析安装在户外的塔体受哪些载荷的作用?说明这些载荷将引起何种变形? (5分答:主要受工作压力、重量载荷、风载荷、地震载荷以及偏心载荷的作用。 对各种载荷影响的考虑:(1工作压力引起拉伸变形;

6、(2重量载荷引起的轴向拉伸和压缩变形;(3风载荷造成的风弯矩,引起弯曲变形;(4垂直地震力引起的轴向拉伸和压缩变形,水平地震力形成地震弯矩, 引起弯曲变形;(5偏心载荷造成偏心弯矩,引起弯曲变形,同时也产生压缩变形。四、计算题(共 57分1、一个低合金钢内压反应塔,筒体内径 mm D i 1000=,标准椭圆形封头,工作压力 MPa 0. 2(装有安全阀 ,工作温度 C 0270,塔体采用单面手工电弧焊, 100%无损探伤,内部介质有轻微腐蚀性。设计塔体壁厚,并校核水压试验强 度。 (MPa t144=,MPa170=,MPas 345=,(s ee i T T D p 9. 02+=(10分

7、表 钢板负偏差 C l (mm 解:根据题意, mm C 12=, 9. 0=, MPa p 1. 2205. 1=mm C ppD ti d 17. 90. 105. 129. 01442100005. 1222=+-=+-=再加上钢板负偏差 mm C 8. 01=,然后圆整,取 mm n 10=厚。 水压试验校核:(MPa D p ee i T T 5. 1902. 822. 8100017005. 1225. 12=+=+= MPa s 5. 2793459. 09. 09. 0=,s T 9. 0<,所以水压试验时强度足够。2、 DN2000的低碳钢外压圆筒,筒体长 4500mm

8、 ,壁厚 10mm ,两侧封头凸面高度600mm ,介质无腐蚀。试计算筒体能承受的许可外压,并判断发生侧向失稳 后筒体横截面上产生的波形数是等于 2还是大于 2?。 (8分 。(32. 2 =DE p e cr , (05. 2059. 2D L D E p e cr =, MPa E 5102= 解:mm C 8. 01=, mm C 12=, mm L 49002600314500=+=mm D D L ecr 370942. 8202017. 117. 100=cr L L <,为短圆筒,发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数 2>n 。(M P aD D Ep ecr 22

9、4. 02020490020202. 810259. 259. 25. 2505. 20= = MPa mp p cr075. 0= 3、 如图所示, 两端固定的变截面直杆在连接处受到 70kN 的 力 , 已 知 :215cm A =, 224cm A =,21/200m GN E =, 22/250m GN E =,求出两端约束 反力的大小并画出轴力图。 (9分 解:(493149312222. 00-=+=P P A E L P A E L P L所以 kN P 501=, kN P 202=,方向都是向左。4、如图所示，直径为 50mm 的实心梁上受到一均 布载荷和一力偶的作用。 （1

10、）列出剪力方程和 弯距方程， （2）画出剪力图和弯矩图， （3）求 危险横截面上最大正应力。 （15 分） 解：约束反力 R = 1kN .m ， M = 2.75kN .m ， 1kN .m 0 x 0.5m 剪力方程： Q( x = 2 2 x 0.5m x 1m x 2.75 0 x 0.5m 弯距方程： M ( x = 2 2 x x 1 0.5m x 1m max = M max y max 2.75 × 10 3 × 0.05 / 2 = = 224 MPa JZ 4 0.05 64 5 、已知搅拌反应釜的传动轴直径 D 为 20mm，材料为 45 钢， G =

11、 80GPa ， 其传递的轴功率为 1.5kW ，搅拌转速 n = 100r / min ， 1）求扭转时传动杆横截面上所受到的最大剪应力是多少？ （ 传动轴单位长度上的扭转角是多少？（ 2 ）若传动轴还受到轴向的压力 P = 8kN 和弯曲力矩 M = 0.1kN .m 的作用，如图所示，请分别用第三和第四 强度理论计算该传动轴危险点处的相当应力。 15 分） （ 解： 1） M n = 9550 （ N 9550 × 1.5 = = 143.25 N / m n 100 max = Mn Mn = = 91.2 MPa 3 W D 16 = Mn = GJ 143.25 80 × 10 9 × = 0.114rad = L 32 × 0.02 4 （2）下表面为危险点，在该处取应力单元体 x = P M 8 × 10 3 0.1 × 10 3 = = 152.8MPa A Wz