压力容器应力分析-西安石油大学

1、过程设备设计基础习题集樊玉光西安石油大学2007.1前言本习题集为配合过程装备与控制工程专业过程设备设计基础课程的教学参考用书。本书是编者在过去多年教学经验的基础上整理编写而成，旨在帮助加深对课程中一些基本概念的理解，巩固所学的知识，提高分析和解决工程设计问题的能力，因此编写过程中力求选题广泛，突出重点，注重解题方法和工程概念的训练。本书与过程设备设计基础教材中各章教学要求基本对应。各章中包含思考题和习题。目 录第一章 压力容器导言2第一章思考题2第二章 压力容器应力分析3第二章思考题3第二章习题7第三章 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响13第三章思考题13第四章 压力容器设计14第四章

2、思考题14第四章习题16第五章 储存设备19第五章思考题19第五章习题191第一章压力容器导言1.1 压力容器总体结构， 1.2 压力容器分类， 1.3 压力容器规范标准。第一章思考题思考题 1.1 .压力容器主要有哪几部分组成？分别起什么作用？思考题 1.2. 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？思考题 1.3. 压力容器安全技术监察规程在确定压力容器类别时，为什么不仅要根据压力高低，还要视压力与容积的乘积 pV 大小进行分类？思考题 1.4. 压力容器安全技术监察规程与GB150 的适用范围是否相同？为什么？思考题 1.5 .GB150、JB4732 和 J

3、B/T4735 三个标准有何不同？他们的适用范围是什么？思考题 1.6. 化工容器和一般压力容器相比较有哪些异同点？为什么压力容器的安全问题特别重要？思考题 1.7. 从容器的安全、制造、使用等方面说明对压力容器机械设计有哪些基本要求？思考题 1.8. 为什么对压力容器分类时不仅要根据压力高低，还要考虑压力乘容积 PV 的大小 ?思考题 1.9 .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？思考题 1.10 .所谓高温容器是指哪一种情况?2第二章压力容器应力分析2.1 载荷分析， 2.2 回转薄壳应力分析， 2.3 厚壁圆筒应力分析， 2.4 平板应力

4、分析，2.5 壳体的稳定性分析， 2.6 典型局部应力。第二章思考题思考题 2.1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么？思考题 2.2. 推导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代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面？为什么？思考题 2.3. 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比a/b=2 的原因。思考题 2.4. 何谓回转壳的不连续效应？不连续应力有哪些重要特征，其中与Rt两个参数的物理意义是什么？思考题 2.5. 对壳体进行应力分析有哪两种理论?它们分别考虑壳体中哪些应力?为什么工程实际中可以用无矩理论？思考题 2.6. 试用图 (a)、 (b

5、)中所注尺寸符号写出各回转壳体中 A 和 B 点的第一曲率半径和第二曲率半径，以及平行圆半径。思考题2.7. 试解释下列名词术语：母线，经线，平行圆，第一主曲率半径，第二主曲率半径，平行圆半径。思考题2.8. 为什么推导一般回转壳体的应力时不能采用材料力学中的截面法?对一般回转壳体取壳单元的假想截面采用垂直于轴线的横载面为什么是不正确的?应该如何取才是正确的 ?思考题2.9. 实际的薄壁壳体，当承受均匀内压P ，其沿器壁厚度的各点上有否弯曲应力?若有则为什么无矩理论中不予考虑?思考题2.10. 使用无矩理论有什么限制?为什么说壳体边界上的外力只能沿壳体经线的切线方向 ?思考题 2.11. 图

6、2 示出三个直径 D ，壁厚 t 和高度 H 均相同的薄壁容器，容器内充满液体，液体密度为，分别悬挂在支座上，试问：(1)三个容器分别在 A-A 和 B-B 横截面上的经向薄膜应力是否相等 ?为什么 ?(2)三个容器在同一高度的对应点上环向薄膜应力是否相等 ?为什么 ?(3)若将三个容器均直接置于平地上，则 A A 横截面上的 是否相等 ?为什么 ? 思考题 2.12. 如将充满液体的卧式贮罐竖立，则器壁中的薄膜应力是否按卧式时一3样计算 ?为什么 ?思考题 2.13.圆柱壳轴对称弯曲问题中，为什么纵向截面的剪力Q 等于零，且所有内力分量均与坐标无关 ?思考题 2.14.壳体弯曲问题的解法与无

7、矩理论的解法有什么根本区别 ?思考题 2.15.对于两端作用有边缘载荷的圆柱壳，在何种情况下可以只考虑一端的弯曲效应 ?思考题 2.16. 如何理解对于圆柱壳弯曲时，在纵截面产生的环向力 N ?它与薄膜力有何异同 ?思考题 2.17. 何谓边缘效应 ?使容器产生边缘效应有哪些因素 ?不连续应力有哪些重要特征 ?在何种情况下可以不作详细计算 ?对结构进行合理设计有哪些基本措施 ?思考题 2.18. 变形连续的物理意义与连续条件是什么 ?变形协调方程式中各项的正负号如何确定 ?思考题2.19. 试以半球壳与圆柱壳相连接为例说明计算容器不连续应力的一般步骤。思考题2.20. 为什么总的应力可以将薄膜

8、应力与边缘载荷引起的附加应力叠加?最大应力是否一定在连接边缘上?为什么 ?思考题 2.21. 不连续分析中，与Rt 这两个参量的物理意义是什么?思考题2.22. 对于组合容器，当两个壳体在连接处无公切线时，在计算边缘载荷时与有公切线有何不同 ?试以部分球壳与圆柱壳相连接为例述之。思考题2.23. 单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有哪些特征？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？思考题2.24. 单层厚壁圆筒承受内压时承受内压Pi 与外压 P0 作用时，能否用压差p = Pi - P0 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？思考题2.25.

9、 单层厚壁圆筒在内压于温度差同时作用时，其综合应力沿壁厚如何分4布？筒壁屈服发生在何处？为什么？思考题 2.26. 为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程r r d r ，在弹塑性应力分布 dr分析中同时适应？思考题2.27. 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Zr，对于理想弹塑性材料，在弹性、塑性阶段是否都成立，2为什么？思考题 2.28. 两个厚壁圆筒，一个是单层，另一个是多层圆筒，二者径比K 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？思考题 2.29. 厚壁圆筒与薄壁圆筒受力后筒壁上的应力有何主要区别？思考题2.30. 单层厚壁圆筒受温差

10、作用时，其热应力分布有哪些规律？加热方式对其有何影响？思考题 2.31. 为什么厚壁圆筒与薄壁圆筒在工程上一般规定K =1.2 为其界限？思考题2.32. 预应力法增强厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？试以双层热套圆筒为例加以说明。思考题 2.33 . 何谓自增强处理？确定自增强压力的原则是什么？对于理想塑性材料，当塑性层扩展到圆筒的整个壁厚时，增加自增强压力能否继续提高承载能力？思考题 2.34. 承受横向均布载荷的圆形薄板，其力学特性是什么？其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么？思考题 2.35. 试比较承受横向均布载荷作用的圆形薄板，在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和扰度

11、的大小和位置。思考题 2.36. 何谓板的中面、薄板、厚板、大挠度薄板、小挠度薄板?思考题 2.37. 在薄板小挠度弯曲理论中采用哪些基本假设 ?为什么在此基本假设下，能归结为求解中面挠度函数 的问题 ?思考题 2.38. 简支与固支边界条件的含义是什么?试写出图 2 8 所示各题的边界条件。思考题2.39. 薄板受横向载荷时的力学特征是什么?壳与板相比较在承载能力上有5什么异同 ?思考题 2.40. 试比较固支与简支情况下， 受横向均布载荷作用的圆板最大弯曲应力、剪应力和挠度的大小与位置。思考题 2.41. 受横向均布载荷圆板的小挠度弯曲问题中为什么无薄膜力和扭矩，又无横向剪力 ?思考题 2

12、.42. 试述建立圆板轴对称弯曲问题的基本方程的步骤。思考题 2.43 . 当环形板中的计算应力超过材料的屈服点时，能不能用叠加法?思考题 2.44. 试用最简单载荷问题的解的叠加方法，分析求解图 29 所示各题的挠度和应力。思考题 2.45. 在圆板结构设计中，为了提高其承载能力，主要可采取哪些方法?各有什么优缺点 ?思考题 2.46. 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相比有何异同？思考题 2.47. 试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱的临界压力？提高圆柱壳弹性失稳的临界压力，采用高强度材料是否正确，为什么？思考题 2.48. 提高材料强度对钢制外压容器的稳定性

13、有何影响？思考题2.49. 为什么轴向外压圆筒的临界载荷通常以临界应力表征，而不用临界压力 Pcr ？思考题 2.50. 求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法？思考题 2.51. 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？思考题 2.52. 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。思考题 2.53. 什么叫应力集中和应力集中系数？思考题 2.54. 为什么容器开孔接管处会产生较高的局部应力？这种应力有何特征？6第二章习题习题 2.1. 试应用无力矩理论的基本方程，求解圆柱壳中的应力（壳体承受气体内压p ，壳体中面半径为 R ，壳体厚度为

14、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？习题 2.2.试利用题 2-1(a)(d)图中所注尺寸，写出各回转壳中 A 点的主曲率半径 R 1、R 2 和平行园半径 r 。并用无力矩理论计算各容器承受均匀气体内压力p 作用时，器壁中A 点的经向应力和周向应力。己知： D =1000mm、 L =1000mm、x= L /2、=45。、=30。、 a=200mm，壁厚均为 t =10mm。习题 2.3.试求单叶双曲面壳的主曲率半径 R 1、 R 2。曲线方程为 x 2y2

15、1。a 2b2习题 2.4. 一海底探测船的承压舱，系由三个连在一起的球形壳体组成，如图2-3 图所示。壳体由钢板制成，其外径为2.5m，壁厚 20mm，试求当船在海平面下1000m 工作时，舱壁内的周向应力为多大？忽略各球连接处的不连续效应和壳体受深水压力作用的压缩变形。海水密度为 1020kg/m3。习题 2.5. 试确定图示中间支承的圆筒形贮液桶壳壁中任意高度 h 处的薄膜应力。 液体密度为 。习题 2.6. 一锥形容器盛满液体，锥壳半顶角为，高度为 H ，厚度为 t ，液体密度为 ，试确定 (1)锥壳中的薄膜应力和最大簿膜应力及其位置； (2)若容器中盛部分液体，其离锥顶距离 h (

16、h H )，薄膜应力又将如何变化？7习题 2.7. 一钢质圆筒形水槽， 其直径为 D ，高度为 H ，壁厚为 t ，试计算水深为 x 处壳体的位移以及转角( 材料的弹性模量E 、泊松比为) 。习题 2.8. 试证明欲使园柱形筒体与半球形封头连接处半径膨胀量相同。此封头的厚度应为 t tc (1 ) /(2 ) ，设圆筒与半球形封头的中面半径为 R ，圆筒壁厚为 t c ，且两者材料相同。习题 2.9. 一等厚度的圆柱形贮罐，中面半径为 R ，厚度为 t ，如图所示，其中充满密度为 ，高度为 h 之液体。假设罐底固定，顶部敞开。试求下部器壁中的应力。习题 2.10. 对一标准椭圆封头（如图 2-

17、52 所示）进行应力测试。该封头中面处的长轴 D =1000mm，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？习题 2.11. 有一球罐（如图 2-53 所示），其内径为 20m（可视为中面直径），厚度为 20mm，内储有液氨，球罐上部尚有 3m 的气态氨。设气态氨的压力 p =0.4MPa，液氨密度为 640kg/m3，球罐沿平行圆 A-A 支承，其对应中心角为 120°，试确定该球壳中的薄膜应力。习题 2.12. 有一锥形底的圆筒形密闭容器，如图2

18、-54 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 Pc 。习题 2.13. 试用圆柱壳有力矩理论，求解列管式换热器管子与管板连接边缘处（如图 2-55 所示）管子的不连续应力表达式（管板刚度很大，管子两端是开口的，不承受轴向拉力）。设管内压力为P ，管外压力为零，管子中面半径为r ，厚度为 t 。8两根几何尺寸相同，材料不同的钢管对接焊如图2-56 所示。管道的操作压力为P ，操作温度为 t 0 ，环境温度为 tc ，而材料的弹性模量E 相等，线膨胀

19、系数分别为1 和2 ，管道半径为 r ，厚度为 t ，试求焊接处的不连续应力（不计焊缝余量）。习题 2.14. 一接管由不锈钢和碳钢焊接而成， 试确定焊缝区的纵向应力为多少?已知：d 250mm， t 10mm， P 5MPa，工作时温度升高为T 250，两种材料的 Es Ec 1.76 × 105 MPa， s 17.8 × 10 6 / C ， c 13.2 × 10 6 / C 。注意：建立连续方程时要将温升产生的直径变化考虑在内。习题 2.15. 一单层厚壁圆筒，承受内压力 Pi =36MPa 是，测得（用千分表）筒壁外表面的径向位移 Wo =0.365m

20、m，圆筒外直径 D0 =980mm， E =2× 105MPa， =0.3。试求圆筒内外壁面应力值。习题 2.16. 有一超高管道，其外直径为 78mm，内直径为 34mm，承受内压力 300MPa，操作温度下 材料的 b =1000MPa， s =900MPa。此管道经自增强处理， 试求出最佳自增强处理压力。习题 2.17. 一内半径 Ri =160mm，外半径 R0 =320mm 的闭式厚壁圆筒，承受外压 po =15MPa 作用，材料的弹性模量 E =2×105MPa， =0.3。试问在此情况下：(1)当向筒内施加多大内压力 Pi ，其内壁周向应力达到25MPa？(2

21、)在上述内外压同时作用下，圆筒内壁的内直径增加多少？(3)若筒体内外壁温差 t ti to =100，11 10 6 / 。试计算筒壁热应力，并画图。习题 2.18. 一厚壁圆筒外直径D0 =200mm，承受内压力，若己知其外表面的100MPa环向应变值以及轴向应变值分别是：50010 6 ， z125 10 6 。材料的 E =2 ×510 MPa， =0.3。试求其内直径为多少？习题 2.19 一厚壁圆筒，内半径 100mm，外半径 150mm，受 60MPa 内压和 30MPa外压作用，求圆筒内外壁径向周向和轴向应力。习题 2.20 有一厚壁圆筒容器，内径160mm，外径 32

22、0mm。若筒内壁上的允许最大周向应力规定为30MPa，求允许施加的最大内压力，当此压力作用时外壁的周向应力为多少？习题 2.21 有一厚壁筒，内径200mm，外径 320mm，受内压力 20MPa，计算此压力作用时，圆筒外径改变多少？习题 2.22 处于弹性阶段的单层厚壁圆筒容器，其操作内压Pi =50MPa，外壁轴向应力Z 0 =85MPa，计算内外壁其它应力。习题 2.23. 一整体式厚壁筒的ti =200， t0 =250其热载荷 Pt =16 t ，若已测得外壁热应力Z 0t =-108MPa，内壁热应力it =52MPa，计算Zit rit 0 t r 0t 的大小。习题 2.24.

23、 钢制厚壁筒体，内直径800mm，外直径 1000mm，s =330MPa，在某一均匀的内压作用下，测得外壁周向应力为200MPa，按 Triscan 屈服条件判断内壁是否屈9服。习题 2.25.高压单层厚壁容器，在水压试验压力40MPa 作用下，实验测得，外壁轴向应变 E 0 =0.8×10-4，环向应变0 =3.4×10-4 ，材料 E =2×105MPa，=0.3，计算筒体径比 K 及此时内外壁各项应力。习题 2.26.一高压单层厚壁筒体，工作内压30MPa，内外壁温差 t= ti - t0 =40已经测得外壁轴向合成应力Z0 =140MPa，若温差应力按t

24、 =1.5 t MPa计算，筒体处于弹性状态。计算内外壁上 P 产生应力，t 产生的应力及合成应力。习题 2.27.一高压单层厚壁容器仅受内压作用，Pi =40MPa，材料的弹性模量 E =2× 105，试验测得外表面轴向应变-4，环向应变-4，MPa=0.3E 0 =0.8× 100 =3.4× 10筒体处于弹性范围，计算内外壁各项应力。习题 2.28.高压厚壁筒，径比 K =1.2，受内压 Pi=10MPa 作用，同时内壁温度比外壁高 50，若温差应力数值由 t = mt =1.5 t MPa 确定，试计算内外壁下列情况各项应力 r Z 。（1）由 Pi 产生

25、应力；（ 2）由 t 产生应力；（ 3）由 Pi t 共同作用应力。习题 2.29.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的定植。习题 2.30.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。习题 2.31.有一园平板，半径 R =500mm，板厚 t =38mm，板表面作用有 P =3.0MPa的均布压力，试求当板周边刚性固定和周边简支

26、时，板的最大挠度和应力值，并分析比较。取材料的 E =210 5 MPa， =0.3 。习题 2.32.一钢制薄园盘，半径为 30mm，且周边固定。当压力达到3MPa时，其中心产生 1mm的挠度。试求园盘所需的厚度。取材料的E=2105，=0.3。MPa习题 2.33.一穿流式泡沫塔其内径为 1500mm，塔板上最大液层为800mm（液体密度33），塔板厚度为 6mm，材料为低碳钢（5，）。=1.5× 10E=2×10kg/mMPa=0.3周边支承可是为简支，试求塔板中心处的挠度，若挠度必须控制在3mm 以下，试问塔板的厚度应增加多少？习题 2.34. 三个几何尺寸相同的承

27、受周向外压得短圆筒，其材料分别为碳素钢（E5E5s =220MPa，=2×10 MPa， =0.3）、铝合金（ s =110MPa， =0.7×10 MPa， =0.3）合铜（ s =100MPa， E =1.1× 105MPa， =0.31），试问哪一个圆筒的临界压力最大，为什么？习题 2.35. 两个直径、厚度和材质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，圆筒中周向压力是否10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？习题 2.36. 承

28、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。对否，为什么？且采用的加强圈越多，壳壁所需厚度就越薄，故经济上越合理。对否，为什么？习题 2.37. 有一圆筒，其内径为1000mm，厚度为 10mm，长度为 20m，材料为 20R（ b =400MPa， s =245MPa， E =2× 105 MPa， =0.3）。在承受周向外压力时，求其临界压力 Pcr 。在承受内压力时，求其爆破压力Pb ，并比较其结果。上题中的圆筒，其长度改为 2m，在进行上题中的、的计算，并与上题结果进行综合比较。习题 2.38. 筒体内径 Di =1000mm，壁厚 10mm，壳体上的垂直接管外

29、径 do =159mm，壁厚 6mm。该接管受径向压缩力 P =15KN 和经向弯矩 M L =2.4KNM 作用。计算上述静载荷在壳体中引起的最大局部应力。11第三章压力容器材料及环境和时间对其性能的影响3.1 压力容器材料， 3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响， 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响， 3.4 压力容器材料选择。第三章思考题思考题 3.1. 压力容器用钢有哪些基本要求？思考题 3.2. 影响压力容器钢材性能的环境因素主要有哪些？思考题 3.3. 为什么要控制压力容器用钢中的硫、磷含量？思考题 3.4. 为什么说材料性能劣化引起的失效往往具有突发性？工程上可采取哪些措施

30、来预防这种失效？思考题 3.5. 压力容器选材应考虑哪些因素？思考题 3.6. 对于压力容器用钢的冶炼方法、化学成分、力学性能等方面有哪些基本要求？思考题 3.7. 试区别下列名词术语：压力容器的质量保证和质量监督。材料在使用过程中的退化和时效。材料的塑性和韧性。无塑性转变温度 (NDT) 和蠕变温度。 V 型和 U 型缺口冲击试样。思考题 3.8. 指出下列钢号按化学成分和用途分属哪类钢材，并注明各代号的意义：Q235A ，Q235A.F，Q235 B，Q235 C，20HP，16MnR，15MnVR ，09MnNiDR ，18MnMoNbR ，15CrMoR ，0Crl8Ni9 ，00Cr

31、l9Nil1 ，00Cr17Ni14Mo2 。思考题 3.9. 压力容器专用的低合金钢板如16MnR 与一般合金钢钢板如16Mn 有什么主要区别 ?思考题 3.10.为什么压力容器选用 Q235A.F 钢板时，对温度、压力范围及介质需加以限制 ?思考题 3.11.在低温 (-20)以下工作的压力容器对材料有哪些特殊要求?思考题 3.12.选择高温容器用钢时主要考虑高温对材料哪些性能的影响?习题 3.1. 设计压力为 0.6MPa，设计温度为 300，厚度为 12mm 的容器，正确选用哪个钢材 ?13第四章压力容器设计4.1 概述，4.2 设计准则， 4.3 常规设计概述圆筒设计封头设计密封装置

32、设计开孔和开孔补强设计支座和检查孔安全泄放装置焊接结构设计压力试验 )，4.4 分析设计概述压力容器的应力分类应力强度计算应力强度限制分析设计的应用 )，4.5 疲劳分析， 4.6 压力容器设计技术进展。第四章思考题思考题4.1.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？思考题4.2.压力容器的设计文件应包括哪些内容？思考题4.3.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？思考题4.4.压力容器的失效模式有哪些？思考题4.5.什么叫设计压力？液化气体储存压力容器的设计压力如何确定？思考题4.6. 一容器壳体的内壁温度为 Ti ，外壁温度为 T0 ，通过传

33、热计算得出的元件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？思考题 4.7. 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，满足强度及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？为什么？思考题 4.8. 影响材料设计系数的主要因素有哪些？思考题 4.9. 压力容器的常规设计法和分析设计法有何主要区别？思考题 4.10. 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？思考题4.11.高压容器的圆筒有哪些结构形式？它们各有什么特点和适用范围？思考题 4.12.高压容器圆筒的对接深环焊缝有什么不足？如何避免？思考题4.13.对于

34、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。思考题4.14. 为什么 GB150 中规定内压圆筒厚度计算公式仅适用于设计压力p 0.4 t ？思考题4.15.外压圆筒容器为什么采用图算法进行稳定性设计？思考题4.16.外压椭圆形封头和外压锥形封头的设计思路是什么？思考题4.17.外压圆筒几何参数计算图是否与材料有关？思考题4.18.从长钢管上锯下长度为 1m 的一段，该段外径 D0 及有效厚度 t ，且计算出临界长度1.5m，试问该段管子属于长圆筒还是短圆筒？思考题4.19. 加强圈设置应满足哪些要求？试分析这些要求不同时满足时会出现什么情况？14思考题 4.20. 试分析标准椭圆

35、形封头采用 ab2 的原因 ?为什么容器设计现在对碟形封头要规定最小允许过渡半径 ?思考题 4.21. 为什么球壳是一种理想的压力容器或端盖?思考题 4.22. 椭圆形封头、碟形封头为何均设置短圆筒？思考题 4.23. 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。思考题 4.24. 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？思考题 4.25. 法兰标准化有何意义？选择标准法兰时，应按照哪些因素确定法兰的公称压力？思考题4.26. 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？思考题 4.27. 简述强制式密封

36、，径向或轴向自紧式密封的原理，并以双锥环密封为例说明保证自紧密封正常工作的条件。思考题 4.28. 高压密封为何一般采用金属窄面密封垫圈和自紧密封？思考题 4.29. 高压容器的密封为何采用金属窄面密封垫圈？思考题 4.30. 高压容器有哪些结构特征？为什么？思考题 4.31. 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。思考题 4.32. 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？思考题 4.33. 采用补强圈补强时， GB150 对其适用范围作了何种限制，其原因是什么？思考题 4.34. 在什么情况

37、下，压力容器可以允许不设置检查孔？思考题 4.35. 什么叫开孔系数？它与应力集中系数的关系如何？思考题 4.36. 为什么受压壳体上的较小尺寸的开孔可以不另行补强？思考题 4.37. 补强元件有哪几种结构？各有什么特点？思考题 4.38. 开孔补强有哪些设计准则？它们是建立在什么样的力学基础上的？思考题 4.39. 为什么等面积法要对开孔的最大直径加以限制？思考题 4.40. 采用补强圈补强时，为何 GB150 标准要提出材料、壳体和补强圈厚度的限制？思考题 4.41. 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？思考题 4.42. 压力试验的目的是什么？为什么要尽可能

38、采用液压试验？思考题 4.43. 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。思考题 4.44. 压力容器中，减少结构局部附加应力的措施有哪些？15思考题 4.45. 试分析容器中采用下述结构的目的：椭圆形封头设置直边；容器支座处设置垫板；思考题 4.46. 压力容器的焊缝分几类？分类的目的是什么？思考题 4.47. 压力容器焊接结构设计的基本原则是什么？举例说明。思考题 4.48. 决定容器焊缝坡囗形式的因素有哪些？举例说明。思考题4.49. 为什么要对压力容器的应力进行分类？应力分类的依据和原则是什么？思考题 4.50. 一次应力、二次应力和峰值应力的区别是什么？思考题 4

39、.51. 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？思考题 4.52. 在疲劳分析中，为什么要考虑平均应力的影响？如何考虑？思考题 4.53. 压力容器 CAD 设计和常规设计的主要差异是什么？压力容器的 CAD 设计方法和传统设计的主要区别是什么？思考题 4.54. 分析设计中，各应力的限制条件和计算应力的载荷分别是什么？思考题 4.55. 不考虑疲劳破坏时，分析设计法对各类应力强度的限制条件是什么？第四章习题习题 4.1. 一内压容器，设计（计算）压力为0.85MPa，设计温度为 50；圆筒内径Di =1200mm，对接焊缝采用双面全熔透焊接接头，并进行局部无损检测

40、；工作介质无毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微腐蚀， 腐蚀速率 K 0.1mm/a，设计寿命 B=20年，试在Q235-A· F、Q235-A、 16MnR 三种材料中选用两种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。习题 4.2. 一顶部装有安全阀的卧式圆筒形储存容器，两端采用标准椭圆形封头，没有保冷措施；内装混合液化石油气，经测试其在50时的最大饱和蒸汽压小于1.62MPa（即50时丙烷的饱和蒸汽压）；圆筒内径Di =2600mm，筒长 L =8000mm；材料为16MnR，腐蚀裕量 C2 =2mm，焊接接头系数 =1.0，装量系数为 0.9。试确定：各设计参数；该容器属第几类压力

41、容器； 圆筒和封头的厚度（不考虑支座的影响） ；水压试验时的压力，并进行应力校核。习题 4.3. 今欲设计一台乙烯精馏塔。已知该塔内径 Di =600mm，厚度 n =7mm，材料选用 16MnR，计算压力 Pc =2.2MPa，工作温度 t =-20-3。试分别采用半球形、椭圆形、碟形和平盖作为封头计算其厚度，并将各种形式封头的计算结果进行分析比较，最后确定该塔的封头形式与尺寸。习题 4.4. 一多层包扎式氨合成塔，内径 Di =800mm，设计压力为 31.4MPa，工作温度小于 200，内筒材料为 16MnR，层板材料为 16MnR，取 C2 =1.0mm，试确定圆筒的厚度。16习题 4

42、.5. 一装有液体的罐形容器， 罐体为 Di =2000mm的圆筒，上下为标准椭圆封头，材料 Q235-A，腐蚀裕量 C 2 =2mm，焊缝接头系数=0.85 ，罐体总高度 ( 含封头 )3200mm，罐体内液体高度2500mm，液面上气体压力不超过0.15MPa，罐内最高工作温度50，液体密度 (1160kg/ m3 ) 随温度变化很小。试设计罐体及封头厚度，并确定水压试验压力及校核水压试验应力。习题 4.6. 某化工厂一反应釜， 釜体为圆筒，内直径 D i =1500mm，工作温度 5105，工作压力 1.5MPa，介质无毒且非易燃易爆，材料0Cr18Ni11Ti ，腐蚀裕量 C 2 =0

43、，双面对接焊、局部无损探伤，其凸形封头上装有安全阀，开启压力1.6MPa。(1) 试设计釜体壁厚，并说明本题采用局部探伤是否符合要求？ (2) 试确定分别采用半球形、标准椭圆形、标准碟形封头的封头壁厚。习题 4.7 一高压容器，其筒体内径为1000mm，外径 1250mm，材料许用应力 =180MPa，用规范方法计算其允许的最大内压力。习题 4.8 一高压容器，筒体内径为Di =1850mm，设计压力 Pi，设计温度为=14MPa280，材料 18MnMoNbR， 常温下 s =440MPa， =197MPa，280下， t =197MPa，焊缝系数 =1.0 ，壁厚附加量 4mm，试确定筒体

44、壁厚。习题 4.9. 一不锈钢 (0Cr18Ni9) 反应釜，设计压力1.2MPa，设计温度 298，焊缝接头系数=1.0 ，腐蚀裕量 C2 =0，圆筒釜体内直径Di =1200mm，为方便出料，釜体底部为一大端带折边的锥壳，半锥角 45 o ，要求锥壳小端处出料接管 (0Cr18Ni9Ti) 内直径不小于 200mm。试确定圆筒及锥底壁厚、出料管尺寸，并画出锥壳与出料管焊接结构示意图。 ( 出料管可选规格 219×7 219× 10，壁厚间隔 0.5mm)。习题 4.10. 一圆筒容器内径 D i =400mm，筒高 1500mm，设计压力为 8MPa，设计温度T=200

45、，材料为 16MnR，腐蚀裕量 C2 =2mm，焊缝接头系数 =1。试选择一种焊接平板结构作端盖，并设计筒体、平盖厚度，并确定焊缝等局部结构尺寸(画图标注)。今需制造一台分馏塔，塔的内径 Di =2000mm，塔身长（指圆筒长 +两端椭圆形封头直边高度） L1 =6000mm，封头曲面深度 h1 =500mm，塔在 370及其真空条件下操作，现在库存有 8mm、 12mm、14mm 厚的 Q235-A 钢板，问能否用这三种钢板来制造这台设备。习题 4.11. 一减压塔，为一圆筒容器， 两端为标准椭圆形封头， 筒体长度 24600mm(包含封头直边段长度 ) ，内直径 2400mm，壁厚附加量

46、C =2mm，塔筒体、封头材料均为 Q235-A。塔的设计外压 0.1MPa，设计温度 150，此时弹性模量 E =2× 105MPa。试计算当塔筒体、封头的有效壁厚 te =8mm时：塔筒体、封头稳定性是否满足要求？若要满足稳定性要求，筒体、封头的设计名义厚度 tn 应为多少？ 若采用加加强圈的方法保证筒体的有效壁厚 te =8mm时满足稳定性要求，应加多少个加强圈？采用等边角钢 (100 × 100×10 厚)(Q235-A) 做加强圈，能否满足惯性矩要求？习题 4.12. 一套管换热器内管，规格为外直径194mm×厚度 24mm，材料 12CrMo

47、，实17测壁厚 23mm，管子腐蚀裕量C2，计算内管可承受的最大外压力是=1mm，设计温度 400多少？习题 4.13.已知某减压塔内直径为5000mm，长 20000mm（切线间长度），两端均为球形封头，材料20R，壁厚附加量 4mm， E=2.1×5 MPa，=0.3 ，当塔内操s =220MPa10作压力为 0.01MPa，（绝压）时，由稳定性计算塔的最小壁厚。习题 4.14.已知某真空容器内直径3000mm，切线间长度 5000mm，两端为标准椭圆封头，材料 Q235A，常温下操作，s = 220MPa， E =2.1 ×105MPa， =0.3，取壁厚附加量2mm

48、，由稳定性设计容器壁厚。习题 4.15. 某一烷基苯磺酸钠中和器内径Di =620mm，壁厚 4mm，长 6000mm，材料OCr19Ni9。其，E=1.95×5MPa，=0.3，中和器常压操作，外有夹套水冷s =220MPa10却，水压为 0.2MPa。试校核此中和器的稳定性。习题 4.16 有一铜制圆筒形容器， 材料为 Q235A，操作温度 50，其Es =235MPa， =2× 105MPa， =0.3。外径为 2000mm，长 5000mm（封头与壳体切线的距离） ，两端为标准椭圆封头，封头与壳体的厚度均为 s=12mm，壁厚附加量为 2mm，求容器的最大许用真空度。习题 4.17 一薄器管子受外压作用，尺寸为 L D ，厚度 t ，材料