压力容器分析设计习题

1、第一章1、 固体力学有那几个基本假设？有何意义？答：a、均匀性假设b、各向同性假设c、连续性假设d、小变形假设e、完全弹性假设2、 什么叫弹性、弹性变形？答、结构受外载荷后产生变形，这些变形在载荷除去后又能回复到原状的特性称为弹性；产生的这种能够回复的变形称为弹性变形！3、 什么是载荷？什么是交变载荷？答：物体之间的相互机械作用叫做载荷，随时间做交替变换的载荷称作交变载荷4、 举出作用在压力容器上的表面力与体积力、约束反力是否是外力？答：5、 内力和应力有什么区别？求解应力的目的是什么？答：应力是用来衡量内力分布规律，求解应力就是为了控制它的大小，使结构不至发生破坏6、 什么是全应力、正应力和

2、剪应力？给出确切的定义、并以图示之。答：7、 截面法的含义与用途是什么？答：用截面法求出截面上与外力相平衡的内力素，再求出应力在该截面上各点的应力分布规律8、 在用截面法之前是否可以把外力沿力的作用线移动？试举例说明。答：不可以9、 仅有位移是否能够描述某点的变形状态？为什么？答：不能，还需要转角，还有线应变和角应变10、角位移和角应变有什么不同？ 答：角位移即转角，指物体内某一截面或者线段在物体变形后相对于初始形状所转过的角度称为角位移，角应变的定义是在物体变形前交与某点的两条互为90°的直线在变形后的所改变的角度。11、通过截面内力素情况，定义杆件受载形式12、内力系存在并且是唯

3、一的条件是什么 答：需要满足平衡方程和变形连续条件。第二章1、 在轴向拉伸与压缩时，垂直于杆轴截面上的应力如何分布？答：均匀分布。2、 对于比较细长的杆件，拉伸与压缩是否就意味着轴力N的符号相反？3、 何谓平截面假定？它将导致截面上应力如何分布。答：变形前物体界面上的所有特征变形后还是处于同一个平面，这个假设能保证界面上的应力为线性分布。4、 什么是本构关系？胡克定律是不是本构关系？答：描述材料本身的应力与应变，应力率与应变率之间的关系称为本构关系，胡克定律是本构关系。5、 弹性模量与泊松系数的含义是什么？量纲是什么？答：材料抵抗弹性变形的能力，量纲为MPa，泊松系数的含义是材料受单向拉伸或者

4、压缩时垂直于力作用方向的变形率与沿力作用方向的变形率的比值。6、 什么是应变能？什么是虚位移原理？请叙述该原理的内容。答：外力作用在物体上使物体产生变形，外力在这个变形位移上累积的功就称为应变能，7、 什么是静定问题？什么是静不定问题？请举例。解静不定问题时还需要引入什么条件？答：依靠静力平衡就可以解决的问题称为静定问题，其余为静不定问题，静不定问题还需要引入几何方程或变形协调方程。8、 说明什么是材料的弹性极限、屈服极限和强度极限，并以曲线示之答：9、 蠕变和应力松弛有何相同与不同？本质是否一样？答：蠕变是随时间而形成的变形越来越大，应力越来越低的现象，二应力松弛是指变形不变，而应力逐渐减小

5、的现象，其本质都是一样的，弹性变形转变为塑性变形。10、热应力问题是静定问题还是超静定问题？答：超静定问题。11、什么是冷作硬化？它对材料的屈服极限值有无影响？答：材料经过一超过的屈服极限的冷加工变形后材料本身的屈服极限提高而塑性和韧性降低了的现象。12、什么是许用应力法？什么是极限载荷法？而这在设计思想上有什么不同？答：根据结构和所受载荷求出最大应力，再将最大应力控制在某个大小内的方法称为许用应力法；而极限载荷法是根据结构求出其承载极限，取适当安全系数后，再控制其所承受的载荷在安全载荷范围内的方法称为极限载荷法。13、根据强度条件可以解决哪些问题？答：截面设计；许用载荷的计算；强度校核。14

6、、决定安全系数的主要因素是什么 答：取决于应力计算的方法与准确程度；材料性质与载荷性质；介质特性；破坏后的严重程度等。第三章1、何谓纯剪切？2、铆钉的挤压应力如何计算？与剪应力的作用面是否相同？ 答：应力的作用面不同。3、剪应力互等定理是什么？如果不是纯剪切情况这个定理是否还成立？ 答：剪应力成对出现，使其总力和总的力矩均为零；始终成立。4、当轴受扭转时，横截面上的扭矩如何计算？5、什么是截面的极惯性矩?它的单位是什么？ 答：量纲为长度的四次方。6、什么是抗扭截面系数？它的单位是什么？ 答：结构抵抗扭转变形的能力；量纲为长度的三次。7、同样材料的空心轴为什么比实心轴的抗扭强度好？ 答：空心轴抗

7、扭截面系数大。8、在计算圆杆扭转应力时做了哪些假设？ 答：平截面假设。9、拉伸时的平截面假定与扭转时平截面假定的含义各是什么？ 答：第四章1、梁的支座主要有哪几种形式？试画出固定端的约束反力。 答：简支、固支；2、什么是一个截面上的剪力与弯矩？如何计算？ 答：截面法3、何谓纯弯曲？何谓中性层与中性轴？ 答：只存在弯矩的叫纯弯曲，既不拉伸也不压缩的层称作中性层。4、什么是抗弯刚度？它和什么有关？其值大小说明梁的何种能力？ 答：跟梁的截面尺寸有关，衡量梁的抗弯曲的能力5、什么是梁的弹性曲线？什么是梁的挠度与转角？二者有何关系？ 答：挠度求导为转角。6、弹性基础梁的挠度与基础反力之间有什么关系？压力

8、容器哪些部件计算时采用了弹性基础梁的模型？ 答：成正比，卡扎密封，物的密封等结构中。7、压力容器计算中在什么地方使用了梁弯曲模型？具体是什么模型？ 答：在卧式容器、波形膨胀节中使用了梁弯曲模型，波形膨胀节为两端固支梁，卧式容器为两端外伸简支梁。8、简述叠加原理使用的前提、内容及用途。 答：小变形前提。9、写出梁弯曲时，挠度与弯矩之间的关系。 答：10、梁在纯弯曲情况，截面上的弯矩与剪力各有何特点？答：所有截面弯矩相等，剪力为零。11、写出正应力的强度条件。答：上下表面处的最大正应力小于许用拉伸应力。12、截面惯性矩与抗弯截面系数W之间有什么关系？答：13、假定截面x处的挠度为y=y（x），请问

9、该处的转角表达式是什么？答：求导14、通过材料力学外伸简支梁的计算，对卧式容器设计有何启示？第五章1、什么是一点的应力状态?研究它的意义是什么？一点的应力状态是由几个应力分量决定? 答：通过一点处所有截面的应力集合；点的各个应力分量称为应力状态，六个2、何谓主平面？通过受力物体内某点有几个主平面？ 答：在一点处的所有截面当中，有三个互相垂直的截面上剪应力为零，这三个截面称为主平面。第六章1、在解决弹性力学问题时，为什么不能用材料力学中的“截面法”来求应力？ 答：材料力学所解决的问题基本都是一维的力学问题，其内力基本只在长度方向上有变化，而在其他方向可认为是一样的，所以可以使用截面法求解内力，但

10、是弹性力学解决的多是三维问题，截面上的内力应力分量都是变化的，所以不能使用截面法。2、弹性力学中对微元进行无穷小量分析时认为应力在微元各面上如何分布？ 答：均匀分布。3、请画出在（x、y、z）坐标系中，微元六面体上的应力正向分布情况。4、在三维问题中，有几个独立的应力分量、位移分量？ 答：六个应力分量，三个位移分量。5、变形协调方程描述哪种变形量之间的关系？不满足变形协调方程在物体内将出现什么情况？ 答：应变之间的关系，将会出现裂开或者重叠，是通过结构必须满足连续条件推倒而来。平衡方程是研究的应力之间的关系，依靠力平衡推倒而来；几何方程是描述应变与位移的关系，应变与位移是描述同一变形状态的两种

11、物理量；物理方程是材料的本质关系，应力与应变之间的关系。6、何谓应力集中现象？应力集中系数是如何定义的？ 答：在结构突变处应力数值相比其它部位有一个很大的变化而在稍远的地方又衰退到正常水平的现象称作应力集中，把最大局部应力与危险截面上得平均应力比值即为应力集中系数。7、为什么容器筒体上开椭圆孔时，椭圆孔的长轴要垂直于筒体轴线？8、为什么对在容器筒体上开圆孔的孔径大小加以限制? 答：因为筒体上开孔所使用的力学模型是无限大平板上开小孔，当开孔较大时，筒体的曲率印象必须考虑到，此模型不再适用。9、圣维南原理的含义是什么？ 答：对于作用在物体边界上一小块表面上的外力系可以用静力等效（主矢量、主矩相同）

12、并且作用于同一小块表面上的外力系替换，这种替换造成的区别仅在离该小块表面的近处是显著的，而在较远处的影响可以忽略。10、厚壁圆筒与薄壁圆筒在承受内压时应力分布有什么不同？ 答：厚壁圆筒环向应力在壁厚上非线性分布，薄壁圆筒是用无力矩理论得出的，其环向应力在壁厚方向均匀分布，厚壁圆筒径向应力从内到外由-Pi到0，二薄壁圆筒忽略径向应力。11、厚壁圆筒在承受内压时，环向应力、径向应力轴向应力的分布沿壁厚有什么特点？12、对压力容器筒体存在着哪几个主要的失效准则？写出三种失效准则的名称。 答：弹性失效准则，塑性失效准则，弹塑性失效准则，爆破失效准备，刚度失效准则，泄露失效准则等。13、中径公式的由来是

13、什么？为什么可以用在壁厚较厚的容器上？14、塑性力学的主要特点是什么？ 答：应力应变非线性；同一应力值可以对应不同的应变大小，应力的大小不仅跟应变有关系，和加载历史也有关系。15、固体力学中有几种非线性？ 答：几何非线性，材料非线性16、如果应力应变是非线性的，那么是否一定是塑性力学问题？ 答：是，这是塑性力学基本特点，也是它与弹性力学的基本区别。17、目前对于塑性力学的应力应变关系存在哪两种理论？ 答：增量理论，全量理论。18、在塑性力学中常用的屈服条件主要有哪两个？请写出它们的表达式。 答：特雷斯卡和米塞斯屈服条件。19、简述压力容器自增强原理。20、解决塑性力学问题有哪两种途径？ 答：简

14、化的弹塑性分析和极限载荷分析（不考虑具体应力分布）。21、何谓极限载荷?当结构处于塑性极限状态时，结构变形将出现什么情况？ 答：在加载过程中，结构中的高应力区首先进入塑性，此时载荷继续增加时塑性区不断扩大，同时还出现应力的重新分布，当载荷达到某一值时结构变成了机构，塑性流动不可控制，此时结构就已经失去了承载能力，这个载荷就叫做极限载荷。22、极限分析中假定材料是理想刚塑性的，这个假定的含义是什么？ 答：塑性变形中不产生应变硬化现象，且弹性阶段的弹性变形忽略 23、什么是塑性铰？它与普通铰有什么不同？ 答：梁弯曲时最大应力数值发生在弯矩最大截面的上下边缘，当载荷慢慢增加，上下边缘将会首先出现屈服

15、，外载荷继续增大，塑性变形区域渐渐增大，直到整个截面都进入到塑性变形阶段，此时，这个截面的曲率便可以任意增大，曲率变化出现了不连续，该截面就形成了塑性铰，24、求极限载荷有哪两种方法？它们所求出的极限载荷与真实的极限载荷有什么差别？ 答：详尽的弹塑性分析与极限分析25、极限载荷的实验测定常用的有哪几种方法？欧盟容器标准与美国ASME标准所采用的方法是否一样？ 答：两倍弹性斜率法；双切线相交法；零曲率法。26、极限载荷是根据极限状态下结构的平衡要求确定出来的，那么焊接应力、装配应力对极限载荷有无影响？ 答：无影响，这是极限分析的基本特点之一。 其它几个特点：a、极限载荷和加载历史无关，只要前面所

16、施加载荷未达到极限，则取决于最后一次加载是否能够承受，会不会达到极限; b、在理想塑性和小变形的情况下，达到极限状态时至少会引起大量的塑性变形甚至导致结构破坏。 C、对理想塑性材料来说应力达到屈服应力后不会再增加，因此不能用许用应力控制应力的办法 d、采用米塞斯屈服准则求出的极限载荷大于等于有特雷斯卡准则求出的极限载荷，但不会超过1.15倍27、当材料的屈服极限提高K倍时，极限载荷是否也提高k倍？ 答：是28、极限载荷取决于结构几何形状、材料性质以及加载历史这种说法是否正确? 答：只要历史加载没有达到过极限载荷，那极限载荷就跟历史加载没有关系。29、在进行极限分析时，能不能得出达到极限状态以前

17、结构中的应力与应变分布规律？ 答：不能，只要做弹塑性分析才能够得到30、对于第七章1、与弹性力学中小变形假设相似，在板壳中类似的假设是什么？对于解决平板问题有什么好处？ 答：小挠度假设，挠度与板壳厚度相比小得多。在小挠度情况下，板壳的面内受力与弯曲互不影响，可以分开求解，面内受力问题可当做弹性力学中的平面受力问题求解，而法向载荷下板壳的挠度和弯曲应力可以用弯曲理论求解。2、什么是薄板？什么是薄壳？请用厚度与其他某参数给出一个数量范围。答：厚度方向的尺寸比另外两个方向的尺寸小得多，壳厚与中面最小曲率半径比值小于0.05成为薄壳。3、板和壳满足弹性力学的基本假设外，本身又规定了哪些假设？ 答：a、

18、直法线假设：变形前垂直于中面的直线，在变形后仍为直线，且垂直于变形后的中面，可以去掉两个剪应力； b、各层互不挤压假设：即忽略沿板厚方向的应力； c、略去法向位移沿厚度的变化：4、有了基本假设后板壳中的应力沿厚度将如何分布？ 答：沿厚度线性分布。5、板和壳的求解方程都是以什么为基本未知量？ 答：内力6、在解未知量的微分方程后，解中的待定常数用什么方法来确定？ 答：通过边界条件7、板中的弯曲应力、壳体中的薄膜应力分别与半径厚度比呈什么关系？ 答：板中弯曲应力呈线性非均匀分布，而壳体中的应力分布可近似认为是均匀的。8、壳体理论中的小挠度理论含义是什么？请用简单的不等式表示出来。 答：挠度与板壳厚度

19、相比小得多。在小挠度情况下，板壳的面内受力与弯曲互不影响，可以分开求解，面内受力问题可当做弹性力学中的平面受力问题求解，而法向载荷下板壳的挠度和弯曲应力可以用弯曲理论求解。各个方向挠度都远小于厚度尺寸。9、回转壳如何形成的？若母线为半圆，那生成的回转壳是什么？ 答：一母线绕中性轴旋转而成；球壳10、何谓壳中内力？在无矩理论中，微元的界面上有哪些内力？答：薄膜内力11、在有矩理论中，在微元界面上有哪些内力？答：薄膜内力与弯曲内力12、壳体处于无矩应力状态时，为什么材料会得到充分利用？答：无矩应力状态时结构截面应力分布均匀，一旦某点屈服就可认为整个截面均已达到承载极限。13、实现无矩应力状态需要些

20、什么条件？答：壳体中面曲率改变非常小，由此产生的弯曲内力基本可以忽略，14、圆柱壳与锥壳中薄膜应力分布有什么特点？15、为什么规定半顶角不应超过60°？16、椭圆封头底边处环向应力会出现什么情况？与长短轴之比有什么关系？17、椭圆形封头工程设计中是以哪一点的应力为基点？18、标准中椭圆形封头的形状系数K是反映一种什么影响？19、什么是“边缘效应”？什么是简单边缘效应？20、在封头与筒体连接后，边缘效应区的内力与内力矩起了什么作用？21、在考虑筒体的边缘效应时为什么要假定筒比较长？假若筒比较短时会出现什么情况？22、边缘效应的影响范围大约是多少？23、在筒体边缘效应区用什么来衡量应力集

21、中情况？24、在考虑封头与筒体连接处位移连续时，位移中包括不包括薄膜位移值？25、在壳体边缘效应问题中，边缘效应影响区域是较小的，是否说明边缘效应本身影响也就比较小？试举例说明。26、从力学角度考虑，那一种封头与筒体连接较好？若再考虑制造加工因素那又应选哪一种封头？27、边缘效应问题，除封头与筒体相连问题外，请在举出两个。28、弹性力学中的微元体、板的微元体，壳体的微元体有什么不同？在分析微元体时又有什么相同之处？29、在求解边缘内力的过程中，边缘处的位移与转角有什么重要作用？30、壳体理论为什么求不出沿壁厚非线性应力成分？弹性力学为什么能够做到？第八章1、请举出压力容器及其部件刚度问题的例子

22、。2、失稳现象是如何产生的？并举例说明。3、压杆失稳时其临界压力与两端的支撑条件有无关系？欧拉公式是在什么支撑条件下导出的？4、什么是压杆的当量长度？5、凡是压杆的失稳临界载荷都可以用欧拉公式计算，这种提法是否正确？6、中等柔度压杆的临界载荷计算公式是什么？它是理论推导出的还是实验归纳出的？7、稳定性条件是如何表述的？稳定性安全系数取值为什么比强度安全系数高？8、压力容器筒体失稳有几种主要形式？9、壳体失稳问题从受力状态讲出现了什么变化？10、在外压作用下会出现失稳现象，在内压作用下是否会出现失稳？举例。11、压力容器失稳公式来源于什么力学模型？12、所谓的长圆筒、短圆筒是否是指筒体的绝对长度

23、?举例说明。13、长圆筒与短圆筒它们使用的临界压力公式是否一样？14、外压容器设计使用图算法的优点。15、图算法中，系数A与B的物理意义是什么？针对筒体环向受压情况予以说明。16、求出许用外压以后，应当如何限定设计中的计算压力？17、我国标准GB150-1998中，外压圆筒的薄厚以什么为分界线？请用公式说明。18、在推倒圆环外压失稳的临界压力时用了微元分析，请思考这个微元与弹性力学其它微元分析的共同点与不同之处。19、是否可以用高强度钢代替低强度钢来改善容器筒体的弹性稳定性？若对塑性失稳又如何？20、在图算法中，建立A与B关系时，有没有近似假设含在其中？第九章1、压力容器采用的应力分析方法有哪

24、几种？2、解析方法的特点是什么？举出三个压力容器设计计算公式是用解析方法求出来的。3、数值方法主要有哪两大类？4、差分法与有限元法主要不同点是什么？5、位移有限元法是以哪一个能量原理为基础？6、节点力的涵义是什么？它在有限元法中有什么作用？7、位移函数符合什么条件时所得到的解才收敛于真实解？8、有限元法所得到的结果有无通用性？9、有限元基本方程及其各个矩阵的含义。10、试验应力分析常用的方法主要有哪几种？11、在应变电测时，布置应变片的原则是什么？12、为什么不能在应变梯度较大的区域使用标距较大的应变片？13、应变电测法测出的应力的结构表面的还是内部的？14、应变电测时，温度变化引起的虚假应变

25、是如何消除的？15、在对容器内壁进行应变测量时，有哪些问题需要注意？16、光弹性方法对测定什么问题最具优势？第十章1、常规设计在实践中发现有哪些不足？请举例。2、压力容器失效模式主要有几个？ 3、分析设计与常规设计都涉及到哪些失效模式？4、分析设计与常规设计采用的失效准则分别是什么？5、常规设计与分析设计分别采用什么强度理论？6、什么是弹性名义应力？7、分析设计基本上采用什么方法？标准中是否允许直接进行塑性应力分析？8、在分析设计中应用了哪两个塑性力学原理？9、请讲出安定性的含义。10、当外载荷超过安定载荷是否会立即引起垮塌现象？11、什么情况下，结构内的塑性变形才是局部的、可控制的？12、棘

26、轮现象是在什么情况下出现的？13、棘轮现象和低周疲劳在塑性变形的积累上有什么不同？14、分析设计对应力进行分类的依据是什么？15、应力重分布是什么含义？它与承载能力有关吗？16、把一次应力说成是“可用静力平衡条件确定的应力”，这种说法正确吗？17、把一次应力说成是由外载荷引起的对吗？18、说二次应力是满足变形协调的，一次应力是满足平衡方程的，这种说法毛病在哪？19、什么是自限性？自限性是否就是自己限制自己？20、一次应力与二次应力对容器的危险性有何不同？21、一次局部薄膜应力可能具有哪两种限制？标准中对一次局部薄膜应力的控制是否是保守的？22、峰值应力的两大特点是什么？能否说非线性分布的应力就

27、是峰值应力？23、用板壳理论或板壳元能否求出峰值应力？24、峰值应力是否是局部高应力区中的最大应力？25、在什么时候需要考虑峰值应力强度？26、什么是等效线性化处理？27、等效线性化处理之后得到的弯曲应力就是二次应力吗？28、为什么在局部薄膜应力区只有一次局部薄膜应力而没有一次总体薄膜应力？29、应力强度在分析设计中是如何定义的?30、一次加二次应力的计算。31、对于容器计算，常规设计公式与分析设计公式有什么区别答：所使用的强度理论与失效准则均不同。32、容器中一次应力与二次应力的实例。33、简述二次应力的自限性，请以容器中的例子说明。34、热应力问题只用静力平衡条件能否求解？答：不能，热应力

28、问题是静不定问题。必须要引入几何方程或者变形协调方程才可以解。35、请举出总体结构不连续与局部结构不连续的例子。答：总体结构不连续有筒体上开孔，筒体与封头连接等，局部结构不连续有焊缝的未焊透，气孔等。36、局部薄膜应力有没有应力重分布现象？它和弯曲应力的应力重分布有什么不同？ 答：一次局部薄膜应力处当应力超过材料屈服限后会发生局部地区的塑性流动，使应力重分布；37、一次局部薄膜应力的局部区是怎么划定的答：轴向影响距离小于等于半径壁厚乘积的开方。38、举出容器中一次总体薄膜应力与一次弯曲应力的例子答：一次总体薄膜应力，筒体中沿壁厚均匀分布应力分量，一次弯曲应力，平封头中沿厚度方向线性分布的弯曲应力。39、对与分析设计，标准中是否明确要求提交应力分析报告？第十一章1、什么是交变载荷？2、什么是循环特性？r=-1是什么循环？3、任何一个应力循环可分解为哪两种应力循环4、疲劳强度与应力在最大应力与最小应力间隔中的变化规律是否有关？5、什么是高周疲劳？什么是低周疲劳？工程上如何把二者分界？6、何谓疲劳极限？7、低周疲劳与低频是不是一个概念？8、低周疲劳曲线的纵坐标代表什么应力？9、什么是平均应力影响？压力容器疲劳设