过程设备设计第三版课后答案及重点(郑津洋)

.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，壳应力分量表示的微体和区域平衡方程式：2rk=R，φ=π/22壳体材料由20R改为16MnR，圆柱壳中的应力不变化。因为无力矩理论是力学上的静定问题，其基本方程是平衡方程，而且仅通过求解平衡方程就能得到应力解，不受材料性能常数的影响，所以圆柱壳中的应力分布和大小不受材料变化的影响。2.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D=1000mm，厚度t=10mm，测得E点〔x=0〕处的周向应力为50MPa。标准椭圆形封头的长轴与短轴半径之比为2，即a/b=2，a=D/2=500mm。2从上面计算结果可见，容器内压力与压力表A的一致，压力表B已失灵。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。R1=R2=R，pz=-phh0.0262..EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up8(p),2)233EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(p),2)2..EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(R),n)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(〔p),l2)2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(s),2)02EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(1),3)322-h222}}}235≈≈0-0-2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up9(p),2)2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(s),2)0θ223323234.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器中面半径R，厚度t；锥形底的半锥角α,厚度t，内装有密度为ρ的液体，液面高度为H，液面上承受气体压力pc。2=r/cos2)rxR2)rxφφR2R2.. φ+θ φ+θ=-zσ=cc在x处σ有最大值。σ的最大值在锥顶，其值为∞。5.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〔如图所示〕管子的不连续应力表达式〔管板刚度很大，力为零，管子中面半径为r，厚度为t。EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up3(p),1)EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up4(Q),1)EQ\*jc3\*hps27\o\al(\s\up4(M),1)0pM023边缘力和边缘边矩作用下圆柱壳的挠度和转角EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up4(p),2)EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up4(Q),2)0EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up4(M),2)0w 2w 02112D,Q0pM0..M0=2β2D,Qo=-4β3D,N=0xe-βxz=Σσ0=z..6.两根几何尺寸相同，材料不同的钢管对接焊如图所示。管道的操作压力为p，操作温度厚度为t，试求得焊接处的不连续应力〔不计内压引起的周向应wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),1)wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),1)1内压引起的周向应wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),2)wEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up2(Δ),2)2..0M021M0M00020Q02112D,Q0M0=M0-pr2(11M2D,00-βD,M0+2β2D,Q0M2D,00M=0NNxNθEQ\*jc3\*hps42\o\al(\s\up9(E),2)NθMθQxxe-βx1-α2)σxσθEQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up12(N),t)EQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up12(12),t)EQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up12(M),3)2D,(2t3,zEQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up14(Q),t3)x(EQ\*jc3\*hps25\o\al(\s\up13(t2),4)EQ\*jc3\*hps43\o\al(\s\up13(6),t)EQ\*jc3\*hps25\o\al(\s\up13(t2),4)2,3D,1-α2)..EQ\*jc3\*hps39\o\al(\s\up11(p),t)z7.一单层厚壁圆筒，承受内压力pi=36MPa时，测得〔用千分表〕筒体外表面的径向位移w0=0.365mm，解：周向应变物理方程仅承受内压时的Lamè公式在外壁面处的位移量与内径：ri..解：最佳自增强处理压力应该对应经自增强处理后的管道，在题给工作和结构条件下，其最大应力取最小值时对应的塑性区半径Rc情况下的自增强处理压力。对应该塑性区半径Rc的周向应力为最大拉伸应力，其值应为经自增强处理后的残余应力与内压力共同作用下的周向应力之和：「(R)2「(R)2piRi2R2-R2RRR2iR2-「(R)2「(R)2piRi2R2-R2RRR2iR2-R2σ=s|1-|cc00,RR,0,cici令其一阶导数等于0，求其驻点 EQ\*jc3\*hps38\o\al(\s\up16(σ),R)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up5(θ),c)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(c),0)2-REQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up2147483639(2),0)REQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(c),0)2EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),R)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(c),i))22piRi2R2-)22piRi2R2-R2RRR2R20R3c|c-|}-0RR0RR2R2-R2EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up5(2),0)c=21.015mm。根据残余应力和拉美公式可知，该值对应周向应力取最大值时的塑性区半径。由自增强内压pi与所对应塑性区与弹性区交界半径Rc的关系，最佳自增强处理压力为：9.承受横向均布载荷的圆平板，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。..11.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。简支时的最大挠度是固支时的4.077倍；简支时的最大应力是固支时的1.65倍。解：周边简支圆平板中心挠度挠度控制在3mm以下需要的塔板厚度5答：碳素钢的大。从短圆筒的临界压力计算式LD0可见，临界压力的大小，在几何尺寸相同的情况下，其值与弹性模量成正比，这三种材料中碳素钢的E最大，因此，碳素钢的临界压力最大。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？答：○1临界压力不相同。长圆筒的临界压力小，短圆筒的临界压力大。因为长圆筒不能受到圆筒两端部的支承，容易失稳；而短圆筒的两端对筒体有较好的支承作用，使圆筒更不易失稳。2在失稳前，圆筒中周向压应力相同。因为在失稳前圆筒保持稳定状态，几何形状仍保持为圆柱形，壳体内的压应力计算与承受内压的圆筒计算拉应力相同方法。其应力计算式中无长度尺寸，在直径、厚度、材质相同时，其应力值相同。3圆筒中的周向压应力不相同。直径、厚度和材质相同的圆筒压力小时，其壳体内的压应力小。长圆筒的临界压力比短圆筒时的小，在失稳时，长圆筒壳内的压应力比短圆筒壳内的压应力小。15.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。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？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，对。只要设置加强圈均可提高圆筒的刚度，刚度提高就可提高其临界压力。2采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，故经济上愈合理，不对。采用的加强圈愈多，壳壁所需厚度就愈薄，是对的。但加强圈多到一定程度后，圆筒壁厚下降较少，并且考虑腐蚀、制造、安装、使用、维修等要求，圆筒需要必要的厚度，加强圈增加的费用比圆筒的费用减少要大，经济上不合理。0属长短圆筒，其临界压力为承受内压时的爆破压力远高于承受外压时的临界压力，高出18.747倍。cr，属短圆筒，其临界压力为承受内压时的爆破压力高于承受外压时的临界压力，高出3.092倍，但比长圆筒时的倍数小了很多。3．压力容器材料与环境和时间对其性能的影响..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；工作介质列毒性，非易燃，但对碳素钢、低合金钢有轻微种作为圆筒材料，并分别计算圆筒厚度。t12nEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(D),φ)n2.一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；内装混合液化压试验时的压力，并进行应力校核。t=23i4n标准椭圆形封头的厚度12n..T应力校核EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up8(×),2)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up8(0),8)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up8(8),8)sc=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。ncniii4(r,4(102,M=4(r,4(102,EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(R),0)cn取表4-8序号5的结构形式，系数K=0.31n从受力状况和制造成本两方面综合考虑，取标准椭圆形封头和碟形封头均可。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..n5.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〕的Q235-A钢板，问能否用这三种钢板制造解：计算长度5MPaEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(E),δ)5MPaEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(E),δ)5MPaEQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up10(E),δ)6.图所示为一立式夹套反应容器，两端均采用椭圆形封头。反应器圆筒内反应液的最高工作压力..2计算并确定为保证足够的强度和稳定性，内筒和夹3确定水压试验压力，并校核在水压试验时，各壳体的强度和稳定性是否满足要求。按GB150规定，选择普通正拱型爆破片，静载荷情况下，其最低标定爆破压力按内压设计时的设计压力〔并取计算压力等于设计压力〕：按外压设计时的设计压力〔并取计算压力等于设计压力〕：4设计温度取工作温度EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up15(p),φ)12n..nnn=EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up16(p),φ)7.有一受内压圆筒形容器，两端为椭圆形封头，内径格为φ219×8，接管c规格为φ159×6，试问上述开孔结构是否答：根据GB150规定，接管a不需要另行补强。接t=..标准椭圆形封头壁厚：接管b的计算厚度接管c的计算厚度e所需最小补强面积2EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(1),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(et),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(e),e)223e所需最小补强面积2EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(1),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(et),2)EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up16(e),e)223