壓力容器應(yīng)力分析-西安石油大學(xué)

1、過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)習(xí)題集樊玉光西安石油大學(xué)2007.1前言本習(xí)題集為配合過程裝備與控制工程專業(yè)過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)參考用書。本書是編者在過去多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上整理編寫而成，旨在幫助加深對(duì)課程中一些基本概念的理解，鞏固所學(xué)的知識(shí)，提高分析和解決工程設(shè)計(jì)問題的能力，因此編寫過程中力求選題廣泛，突出重點(diǎn)，注重解題方法和工程概念的訓(xùn)練。本書與過程設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教材中各章教學(xué)要求基本對(duì)應(yīng)。各章中包含思考題和習(xí)題。目 錄第一章 壓力容器導(dǎo)言2第一章思考題2第二章 壓力容器應(yīng)力分析3第二章思考題3第二章習(xí)題7第三章 壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響13第三章思考題13第四章 壓力容器設(shè)計(jì)14第四章

2、思考題14第四章習(xí)題16第五章 儲(chǔ)存設(shè)備19第五章思考題19第五章習(xí)題191第一章壓力容器導(dǎo)言1.1 壓力容器總體結(jié)構(gòu)， 1.2 壓力容器分類， 1.3 壓力容器規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。第一章思考題思考題 1.1 .壓力容器主要有哪幾部分組成？分別起什么作用？思考題 1.2. 介質(zhì)的毒性程度和易燃特性對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、使用和管理有何影響？思考題 1.3. 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程在確定壓力容器類別時(shí)，為什么不僅要根據(jù)壓力高低，還要視壓力與容積的乘積 pV 大小進(jìn)行分類？思考題 1.4. 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程與GB150 的適用范圍是否相同？為什么？思考題 1.5 .GB150、JB4732 和 J

3、B/T4735 三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有何不同？他們的適用范圍是什么？思考題 1.6. 化工容器和一般壓力容器相比較有哪些異同點(diǎn)？為什么壓力容器的安全問題特別重要？思考題 1.7. 從容器的安全、制造、使用等方面說明對(duì)壓力容器機(jī)械設(shè)計(jì)有哪些基本要求？思考題 1.8. 為什么對(duì)壓力容器分類時(shí)不僅要根據(jù)壓力高低，還要考慮壓力乘容積 PV 的大小 ?思考題 1.9 .毒性為高度或極度危害介質(zhì)PV 0.2MPa·m3 的低壓容器應(yīng)定為幾類容器？思考題 1.10 .所謂高溫容器是指哪一種情況?2第二章壓力容器應(yīng)力分析2.1 載荷分析， 2.2 回轉(zhuǎn)薄殼應(yīng)力分析， 2.3 厚壁圓筒應(yīng)力分析， 2.4 平板應(yīng)力

4、分析，2.5 殼體的穩(wěn)定性分析， 2.6 典型局部應(yīng)力。第二章思考題思考題 2.1. 一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對(duì)稱問題的條件是什么？思考題 2.2. 推導(dǎo)無力矩理論的基本方程時(shí)，在微元截取時(shí)，能否采用兩個(gè)相鄰的垂直于軸線的橫截面代替教材中與經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面？為什么？思考題 2.3. 試分析標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭采用長短軸之比a/b=2 的原因。思考題 2.4. 何謂回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)？不連續(xù)應(yīng)力有哪些重要特征，其中與Rt兩個(gè)參數(shù)的物理意義是什么？思考題 2.5. 對(duì)殼體進(jìn)行應(yīng)力分析有哪兩種理論?它們分別考慮殼體中哪些應(yīng)力?為什么工程實(shí)際中可以用無矩理論？思考題 2.6. 試用圖 (a)、 (b

5、)中所注尺寸符號(hào)寫出各回轉(zhuǎn)殼體中 A 和 B 點(diǎn)的第一曲率半徑和第二曲率半徑，以及平行圓半徑。思考題2.7. 試解釋下列名詞術(shù)語：母線，經(jīng)線，平行圓，第一主曲率半徑，第二主曲率半徑，平行圓半徑。思考題2.8. 為什么推導(dǎo)一般回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力時(shí)不能采用材料力學(xué)中的截面法?對(duì)一般回轉(zhuǎn)殼體取殼單元的假想截面采用垂直于軸線的橫載面為什么是不正確的?應(yīng)該如何取才是正確的 ?思考題2.9. 實(shí)際的薄壁殼體，當(dāng)承受均勻內(nèi)壓P ，其沿器壁厚度的各點(diǎn)上有否彎曲應(yīng)力?若有則為什么無矩理論中不予考慮?思考題2.10. 使用無矩理論有什么限制?為什么說殼體邊界上的外力只能沿殼體經(jīng)線的切線方向 ?思考題 2.11. 圖

6、2 示出三個(gè)直徑 D ，壁厚 t 和高度 H 均相同的薄壁容器，容器內(nèi)充滿液體，液體密度為，分別懸掛在支座上，試問：(1)三個(gè)容器分別在 A-A 和 B-B 橫截面上的經(jīng)向薄膜應(yīng)力是否相等 ?為什么 ?(2)三個(gè)容器在同一高度的對(duì)應(yīng)點(diǎn)上環(huán)向薄膜應(yīng)力是否相等 ?為什么 ?(3)若將三個(gè)容器均直接置于平地上，則 A A 橫截面上的 是否相等 ?為什么 ? 思考題 2.12. 如將充滿液體的臥式貯罐豎立，則器壁中的薄膜應(yīng)力是否按臥式時(shí)一3樣計(jì)算 ?為什么 ?思考題 2.13.圓柱殼軸對(duì)稱彎曲問題中，為什么縱向截面的剪力Q 等于零，且所有內(nèi)力分量均與坐標(biāo)無關(guān) ?思考題 2.14.殼體彎曲問題的解法與無

7、矩理論的解法有什么根本區(qū)別 ?思考題 2.15.對(duì)于兩端作用有邊緣載荷的圓柱殼，在何種情況下可以只考慮一端的彎曲效應(yīng) ?思考題 2.16. 如何理解對(duì)于圓柱殼彎曲時(shí)，在縱截面產(chǎn)生的環(huán)向力 N ?它與薄膜力有何異同 ?思考題 2.17. 何謂邊緣效應(yīng) ?使容器產(chǎn)生邊緣效應(yīng)有哪些因素 ?不連續(xù)應(yīng)力有哪些重要特征 ?在何種情況下可以不作詳細(xì)計(jì)算 ?對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)有哪些基本措施 ?思考題 2.18. 變形連續(xù)的物理意義與連續(xù)條件是什么 ?變形協(xié)調(diào)方程式中各項(xiàng)的正負(fù)號(hào)如何確定 ?思考題2.19. 試以半球殼與圓柱殼相連接為例說明計(jì)算容器不連續(xù)應(yīng)力的一般步驟。思考題2.20. 為什么總的應(yīng)力可以將薄膜

8、應(yīng)力與邊緣載荷引起的附加應(yīng)力疊加?最大應(yīng)力是否一定在連接邊緣上?為什么 ?思考題 2.21. 不連續(xù)分析中，與Rt 這兩個(gè)參量的物理意義是什么?思考題2.22. 對(duì)于組合容器，當(dāng)兩個(gè)殼體在連接處無公切線時(shí)，在計(jì)算邊緣載荷時(shí)與有公切線有何不同 ?試以部分球殼與圓柱殼相連接為例述之。思考題2.23. 單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)，其應(yīng)力分布有哪些特征？當(dāng)承受的內(nèi)壓很高時(shí)，能否僅用增加壁厚來提高承載能力，為什么？思考題2.24. 單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)承受內(nèi)壓Pi 與外壓 P0 作用時(shí)，能否用壓差p = Pi - P0 代入僅受內(nèi)壓或僅受外壓的厚壁圓筒筒壁應(yīng)力計(jì)算式來計(jì)算筒壁應(yīng)力？為什么？思考題2.25.

9、 單層厚壁圓筒在內(nèi)壓于溫度差同時(shí)作用時(shí)，其綜合應(yīng)力沿壁厚如何分4布？筒壁屈服發(fā)生在何處？為什么？思考題 2.26. 為什么厚壁圓筒微元體的平衡方程r r d r ，在彈塑性應(yīng)力分布 dr分析中同時(shí)適應(yīng)？思考題2.27. 一厚壁圓筒，兩端封閉且能可靠地承受軸向力，試問軸向、環(huán)向、徑向三應(yīng)力之關(guān)系式Zr，對(duì)于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否都成立，2為什么？思考題 2.28. 兩個(gè)厚壁圓筒，一個(gè)是單層，另一個(gè)是多層圓筒，二者徑比K 和材料相同，試問這兩個(gè)厚壁圓筒的爆破壓力是否相同？為什么？思考題 2.29. 厚壁圓筒與薄壁圓筒受力后筒壁上的應(yīng)力有何主要區(qū)別？思考題2.30. 單層厚壁圓筒受溫差

10、作用時(shí)，其熱應(yīng)力分布有哪些規(guī)律？加熱方式對(duì)其有何影響？思考題 2.31. 為什么厚壁圓筒與薄壁圓筒在工程上一般規(guī)定K =1.2 為其界限？思考題2.32. 預(yù)應(yīng)力法增強(qiáng)厚壁圓筒屈服承載能力的基本原理是什么？試以雙層熱套圓筒為例加以說明。思考題 2.33 . 何謂自增強(qiáng)處理？確定自增強(qiáng)壓力的原則是什么？對(duì)于理想塑性材料，當(dāng)塑性層擴(kuò)展到圓筒的整個(gè)壁厚時(shí)，增加自增強(qiáng)壓力能否繼續(xù)提高承載能力？思考題 2.34. 承受橫向均布載荷的圓形薄板，其力學(xué)特性是什么？其承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因是什么？思考題 2.35. 試比較承受橫向均布載荷作用的圓形薄板，在周邊簡支和固支情況下的最大彎曲應(yīng)力和擾度

11、的大小和位置。思考題 2.36. 何謂板的中面、薄板、厚板、大撓度薄板、小撓度薄板?思考題 2.37. 在薄板小撓度彎曲理論中采用哪些基本假設(shè) ?為什么在此基本假設(shè)下，能歸結(jié)為求解中面撓度函數(shù) 的問題 ?思考題 2.38. 簡支與固支邊界條件的含義是什么?試寫出圖 2 8 所示各題的邊界條件。思考題2.39. 薄板受橫向載荷時(shí)的力學(xué)特征是什么?殼與板相比較在承載能力上有5什么異同 ?思考題 2.40. 試比較固支與簡支情況下， 受橫向均布載荷作用的圓板最大彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力和撓度的大小與位置。思考題 2.41. 受橫向均布載荷圓板的小撓度彎曲問題中為什么無薄膜力和扭矩，又無橫向剪力 ?思考題 2

12、.42. 試述建立圓板軸對(duì)稱彎曲問題的基本方程的步驟。思考題 2.43 . 當(dāng)環(huán)形板中的計(jì)算應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)時(shí)，能不能用疊加法?思考題 2.44. 試用最簡單載荷問題的解的疊加方法，分析求解圖 29 所示各題的撓度和應(yīng)力。思考題 2.45. 在圓板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了提高其承載能力，主要可采取哪些方法?各有什么優(yōu)缺點(diǎn) ?思考題 2.46. 試述承受均布外壓的回轉(zhuǎn)殼破壞的形式， 并與承受均布內(nèi)壓的回轉(zhuǎn)殼相比有何異同？思考題 2.47. 試述有哪些因素影響承受均布外壓圓柱的臨界壓力？提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，采用高強(qiáng)度材料是否正確，為什么？思考題 2.48. 提高材料強(qiáng)度對(duì)鋼制外壓容器的穩(wěn)定性

13、有何影響？思考題2.49. 為什么軸向外壓圓筒的臨界載荷通常以臨界應(yīng)力表征，而不用臨界壓力 Pcr ？思考題 2.50. 求解內(nèi)壓殼體與接管連接處的局部應(yīng)力有哪幾種方法？思考題 2.51. 圓柱殼除受到介質(zhì)壓力作用外，還有哪些從附件傳遞來的外加 載荷？思考題 2.52. 組合載荷作用下，殼體上局部應(yīng)力的求解的基本思路是什么？試舉例說明。思考題 2.53. 什么叫應(yīng)力集中和應(yīng)力集中系數(shù)？思考題 2.54. 為什么容器開孔接管處會(huì)產(chǎn)生較高的局部應(yīng)力？這種應(yīng)力有何特征？6第二章習(xí)題習(xí)題 2.1. 試應(yīng)用無力矩理論的基本方程，求解圓柱殼中的應(yīng)力（殼體承受氣體內(nèi)壓p ，殼體中面半徑為 R ，殼體厚度為

14、t ）。若殼體材料由 20R（b =400MPa， s =245MPa）改為 16MnR（b =510MPa， s =345MPa）時(shí)，圓柱殼中的應(yīng)力如何變化？為什么？習(xí)題 2.2.試?yán)妙} 2-1(a)(d)圖中所注尺寸，寫出各回轉(zhuǎn)殼中 A 點(diǎn)的主曲率半徑 R 1、R 2 和平行園半徑 r 。并用無力矩理論計(jì)算各容器承受均勻氣體內(nèi)壓力p 作用時(shí)，器壁中A 點(diǎn)的經(jīng)向應(yīng)力和周向應(yīng)力。己知： D =1000mm、 L =1000mm、x= L /2、=45。、=30。、 a=200mm，壁厚均為 t =10mm。習(xí)題 2.3.試求單葉雙曲面殼的主曲率半徑 R 1、 R 2。曲線方程為 x 2y2

15、1。a 2b2習(xí)題 2.4. 一海底探測船的承壓艙，系由三個(gè)連在一起的球形殼體組成，如圖2-3 圖所示。殼體由鋼板制成，其外徑為2.5m，壁厚 20mm，試求當(dāng)船在海平面下1000m 工作時(shí)，艙壁內(nèi)的周向應(yīng)力為多大？忽略各球連接處的不連續(xù)效應(yīng)和殼體受深水壓力作用的壓縮變形。海水密度為 1020kg/m3。習(xí)題 2.5. 試確定圖示中間支承的圓筒形貯液桶殼壁中任意高度 h 處的薄膜應(yīng)力。 液體密度為 。習(xí)題 2.6. 一錐形容器盛滿液體，錐殼半頂角為，高度為 H ，厚度為 t ，液體密度為 ，試確定 (1)錐殼中的薄膜應(yīng)力和最大簿膜應(yīng)力及其位置； (2)若容器中盛部分液體，其離錐頂距離 h (

16、h H )，薄膜應(yīng)力又將如何變化？7習(xí)題 2.7. 一鋼質(zhì)圓筒形水槽， 其直徑為 D ，高度為 H ，壁厚為 t ，試計(jì)算水深為 x 處殼體的位移以及轉(zhuǎn)角( 材料的彈性模量E 、泊松比為) 。習(xí)題 2.8. 試證明欲使園柱形筒體與半球形封頭連接處半徑膨脹量相同。此封頭的厚度應(yīng)為 t tc (1 ) /(2 ) ，設(shè)圓筒與半球形封頭的中面半徑為 R ，圓筒壁厚為 t c ，且兩者材料相同。習(xí)題 2.9. 一等厚度的圓柱形貯罐，中面半徑為 R ，厚度為 t ，如圖所示，其中充滿密度為 ，高度為 h 之液體。假設(shè)罐底固定，頂部敞開。試求下部器壁中的應(yīng)力。習(xí)題 2.10. 對(duì)一標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（如圖 2-

17、52 所示）進(jìn)行應(yīng)力測試。該封頭中面處的長軸 D =1000mm，厚度 t =10mm，測得 E 點(diǎn)（ x =0）處的周向應(yīng)力為50MPa。此時(shí)，壓力表 A 指示數(shù)為 1MPa，壓力表 B 的指示數(shù)為 2MPa，試問哪一個(gè)壓力表已失靈，為什么？習(xí)題 2.11. 有一球罐（如圖 2-53 所示），其內(nèi)徑為 20m（可視為中面直徑），厚度為 20mm，內(nèi)儲(chǔ)有液氨，球罐上部尚有 3m 的氣態(tài)氨。設(shè)氣態(tài)氨的壓力 p =0.4MPa，液氨密度為 640kg/m3，球罐沿平行圓 A-A 支承，其對(duì)應(yīng)中心角為 120°，試確定該球殼中的薄膜應(yīng)力。習(xí)題 2.12. 有一錐形底的圓筒形密閉容器，如圖2

18、-54 所示，試用無力矩理論求出錐形殼中的最大薄膜應(yīng)力與的值及相應(yīng)位置。已知圓筒形容器中面半徑R ，厚度 t ；錐形底的半錐角，厚度 t ，內(nèi)裝有密度為的液體，液面高度為H ，液面上承受氣體壓力 Pc 。習(xí)題 2.13. 試用圓柱殼有力矩理論，求解列管式換熱器管子與管板連接邊緣處（如圖 2-55 所示）管子的不連續(xù)應(yīng)力表達(dá)式（管板剛度很大，管子兩端是開口的，不承受軸向拉力）。設(shè)管內(nèi)壓力為P ，管外壓力為零，管子中面半徑為r ，厚度為 t 。8兩根幾何尺寸相同，材料不同的鋼管對(duì)接焊如圖2-56 所示。管道的操作壓力為P ，操作溫度為 t 0 ，環(huán)境溫度為 tc ，而材料的彈性模量E 相等，線膨脹

19、系數(shù)分別為1 和2 ，管道半徑為 r ，厚度為 t ，試求焊接處的不連續(xù)應(yīng)力（不計(jì)焊縫余量）。習(xí)題 2.14. 一接管由不銹鋼和碳鋼焊接而成， 試確定焊縫區(qū)的縱向應(yīng)力為多少?已知：d 250mm， t 10mm， P 5MPa，工作時(shí)溫度升高為T 250，兩種材料的 Es Ec 1.76 × 105 MPa， s 17.8 × 10 6 / C ， c 13.2 × 10 6 / C 。注意：建立連續(xù)方程時(shí)要將溫升產(chǎn)生的直徑變化考慮在內(nèi)。習(xí)題 2.15. 一單層厚壁圓筒，承受內(nèi)壓力 Pi =36MPa 是，測得（用千分表）筒壁外表面的徑向位移 Wo =0.365m

20、m，圓筒外直徑 D0 =980mm， E =2× 105MPa， =0.3。試求圓筒內(nèi)外壁面應(yīng)力值。習(xí)題 2.16. 有一超高管道，其外直徑為 78mm，內(nèi)直徑為 34mm，承受內(nèi)壓力 300MPa，操作溫度下 材料的 b =1000MPa， s =900MPa。此管道經(jīng)自增強(qiáng)處理， 試求出最佳自增強(qiáng)處理壓力。習(xí)題 2.17. 一內(nèi)半徑 Ri =160mm，外半徑 R0 =320mm 的閉式厚壁圓筒，承受外壓 po =15MPa 作用，材料的彈性模量 E =2×105MPa， =0.3。試問在此情況下：(1)當(dāng)向筒內(nèi)施加多大內(nèi)壓力 Pi ，其內(nèi)壁周向應(yīng)力達(dá)到25MPa？(2

21、)在上述內(nèi)外壓同時(shí)作用下，圓筒內(nèi)壁的內(nèi)直徑增加多少？(3)若筒體內(nèi)外壁溫差 t ti to =100，11 10 6 / 。試計(jì)算筒壁熱應(yīng)力，并畫圖。習(xí)題 2.18. 一厚壁圓筒外直徑D0 =200mm，承受內(nèi)壓力，若己知其外表面的100MPa環(huán)向應(yīng)變值以及軸向應(yīng)變值分別是：50010 6 ， z125 10 6 。材料的 E =2 ×510 MPa， =0.3。試求其內(nèi)直徑為多少？習(xí)題 2.19 一厚壁圓筒，內(nèi)半徑 100mm，外半徑 150mm，受 60MPa 內(nèi)壓和 30MPa外壓作用，求圓筒內(nèi)外壁徑向周向和軸向應(yīng)力。習(xí)題 2.20 有一厚壁圓筒容器，內(nèi)徑160mm，外徑 32

22、0mm。若筒內(nèi)壁上的允許最大周向應(yīng)力規(guī)定為30MPa，求允許施加的最大內(nèi)壓力，當(dāng)此壓力作用時(shí)外壁的周向應(yīng)力為多少？習(xí)題 2.21 有一厚壁筒，內(nèi)徑200mm，外徑 320mm，受內(nèi)壓力 20MPa，計(jì)算此壓力作用時(shí)，圓筒外徑改變多少？習(xí)題 2.22 處于彈性階段的單層厚壁圓筒容器，其操作內(nèi)壓Pi =50MPa，外壁軸向應(yīng)力Z 0 =85MPa，計(jì)算內(nèi)外壁其它應(yīng)力。習(xí)題 2.23. 一整體式厚壁筒的ti =200， t0 =250其熱載荷 Pt =16 t ，若已測得外壁熱應(yīng)力Z 0t =-108MPa，內(nèi)壁熱應(yīng)力it =52MPa，計(jì)算Zit rit 0 t r 0t 的大小。習(xí)題 2.24.

23、 鋼制厚壁筒體，內(nèi)直徑800mm，外直徑 1000mm，s =330MPa，在某一均勻的內(nèi)壓作用下，測得外壁周向應(yīng)力為200MPa，按 Triscan 屈服條件判斷內(nèi)壁是否屈9服。習(xí)題 2.25.高壓單層厚壁容器，在水壓試驗(yàn)壓力40MPa 作用下，實(shí)驗(yàn)測得，外壁軸向應(yīng)變 E 0 =0.8×10-4，環(huán)向應(yīng)變0 =3.4×10-4 ，材料 E =2×105MPa，=0.3，計(jì)算筒體徑比 K 及此時(shí)內(nèi)外壁各項(xiàng)應(yīng)力。習(xí)題 2.26.一高壓單層厚壁筒體，工作內(nèi)壓30MPa，內(nèi)外壁溫差 t= ti - t0 =40已經(jīng)測得外壁軸向合成應(yīng)力Z0 =140MPa，若溫差應(yīng)力按t

24、 =1.5 t MPa計(jì)算，筒體處于彈性狀態(tài)。計(jì)算內(nèi)外壁上 P 產(chǎn)生應(yīng)力，t 產(chǎn)生的應(yīng)力及合成應(yīng)力。習(xí)題 2.27.一高壓單層厚壁容器僅受內(nèi)壓作用，Pi =40MPa，材料的彈性模量 E =2× 105，試驗(yàn)測得外表面軸向應(yīng)變-4，環(huán)向應(yīng)變-4，MPa=0.3E 0 =0.8× 100 =3.4× 10筒體處于彈性范圍，計(jì)算內(nèi)外壁各項(xiàng)應(yīng)力。習(xí)題 2.28.高壓厚壁筒，徑比 K =1.2，受內(nèi)壓 Pi=10MPa 作用，同時(shí)內(nèi)壁溫度比外壁高 50，若溫差應(yīng)力數(shù)值由 t = mt =1.5 t MPa 確定，試計(jì)算內(nèi)外壁下列情況各項(xiàng)應(yīng)力 r Z 。（1）由 Pi 產(chǎn)生

25、應(yīng)力；（ 2）由 t 產(chǎn)生應(yīng)力；（ 3）由 Pi t 共同作用應(yīng)力。習(xí)題 2.29.承受橫向均布載荷作用的圓平板，當(dāng)其厚度為一定時(shí)，試證明板承受的總載荷為一與半徑的定植。習(xí)題 2.30.有一周邊固支的圓板，半徑 R =500mm，板厚 t =38mm，板面上承受橫向均布載荷 p=3MPa，試求板的最大撓度和應(yīng)力（取板材的E =2×105MPa，=0.3）。上題中的圓平板周邊改為簡支，試計(jì)算其最大撓度和應(yīng)力，并將計(jì)算結(jié)果與上題作一分析比較。習(xí)題 2.31.有一園平板，半徑 R =500mm，板厚 t =38mm，板表面作用有 P =3.0MPa的均布?jí)毫?，試求?dāng)板周邊剛性固定和周邊簡支

26、時(shí)，板的最大撓度和應(yīng)力值，并分析比較。取材料的 E =210 5 MPa， =0.3 。習(xí)題 2.32.一鋼制薄園盤，半徑為 30mm，且周邊固定。當(dāng)壓力達(dá)到3MPa時(shí)，其中心產(chǎn)生 1mm的撓度。試求園盤所需的厚度。取材料的E=2105，=0.3。MPa習(xí)題 2.33.一穿流式泡沫塔其內(nèi)徑為 1500mm，塔板上最大液層為800mm（液體密度33），塔板厚度為 6mm，材料為低碳鋼（5，）。=1.5× 10E=2×10kg/mMPa=0.3周邊支承可是為簡支，試求塔板中心處的撓度，若撓度必須控制在3mm 以下，試問塔板的厚度應(yīng)增加多少？習(xí)題 2.34. 三個(gè)幾何尺寸相同的承

27、受周向外壓得短圓筒，其材料分別為碳素鋼（E5E5s =220MPa，=2×10 MPa， =0.3）、鋁合金（ s =110MPa， =0.7×10 MPa， =0.3）合銅（ s =100MPa， E =1.1× 105MPa， =0.31），試問哪一個(gè)圓筒的臨界壓力最大，為什么？習(xí)題 2.35. 兩個(gè)直徑、厚度和材質(zhì)相同的周向均布外壓，其中一個(gè)為長圓筒，另一個(gè)為短圓筒，試問它們的臨界壓力是否相同，為什么？在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓力是否10相同，為什么？隨著所承受的周向均布外壓力不斷增加，兩個(gè)圓筒先后失穩(wěn)時(shí)，圓筒中的周向壓應(yīng)力是否相同，為什么？習(xí)題 2.36. 承

28、受均布周向外壓力的圓筒，只要設(shè)置加強(qiáng)圈均可提高其臨界壓力。對(duì)否，為什么？且采用的加強(qiáng)圈越多，殼壁所需厚度就越薄，故經(jīng)濟(jì)上越合理。對(duì)否，為什么？習(xí)題 2.37. 有一圓筒，其內(nèi)徑為1000mm，厚度為 10mm，長度為 20m，材料為 20R（ b =400MPa， s =245MPa， E =2× 105 MPa， =0.3）。在承受周向外壓力時(shí)，求其臨界壓力 Pcr 。在承受內(nèi)壓力時(shí)，求其爆破壓力Pb ，并比較其結(jié)果。上題中的圓筒，其長度改為 2m，在進(jìn)行上題中的、的計(jì)算，并與上題結(jié)果進(jìn)行綜合比較。習(xí)題 2.38. 筒體內(nèi)徑 Di =1000mm，壁厚 10mm，殼體上的垂直接管外

29、徑 do =159mm，壁厚 6mm。該接管受徑向壓縮力 P =15KN 和經(jīng)向彎矩 M L =2.4KNM 作用。計(jì)算上述靜載荷在殼體中引起的最大局部應(yīng)力。11第三章壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響3.1 壓力容器材料， 3.2 壓力容器制造工藝對(duì)鋼材性能的影響， 3.3 環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響， 3.4 壓力容器材料選擇。第三章思考題思考題 3.1. 壓力容器用鋼有哪些基本要求？思考題 3.2. 影響壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素主要有哪些？思考題 3.3. 為什么要控制壓力容器用鋼中的硫、磷含量？思考題 3.4. 為什么說材料性能劣化引起的失效往往具有突發(fā)性？工程上可采取哪些措施

30、來預(yù)防這種失效？思考題 3.5. 壓力容器選材應(yīng)考慮哪些因素？思考題 3.6. 對(duì)于壓力容器用鋼的冶煉方法、化學(xué)成分、力學(xué)性能等方面有哪些基本要求？思考題 3.7. 試區(qū)別下列名詞術(shù)語：壓力容器的質(zhì)量保證和質(zhì)量監(jiān)督。材料在使用過程中的退化和時(shí)效。材料的塑性和韌性。無塑性轉(zhuǎn)變溫度 (NDT) 和蠕變溫度。 V 型和 U 型缺口沖擊試樣。思考題 3.8. 指出下列鋼號(hào)按化學(xué)成分和用途分屬哪類鋼材，并注明各代號(hào)的意義：Q235A ，Q235A.F，Q235 B，Q235 C，20HP，16MnR，15MnVR ，09MnNiDR ，18MnMoNbR ，15CrMoR ，0Crl8Ni9 ，00Cr

31、l9Nil1 ，00Cr17Ni14Mo2 。思考題 3.9. 壓力容器專用的低合金鋼板如16MnR 與一般合金鋼鋼板如16Mn 有什么主要區(qū)別 ?思考題 3.10.為什么壓力容器選用 Q235A.F 鋼板時(shí)，對(duì)溫度、壓力范圍及介質(zhì)需加以限制 ?思考題 3.11.在低溫 (-20)以下工作的壓力容器對(duì)材料有哪些特殊要求?思考題 3.12.選擇高溫容器用鋼時(shí)主要考慮高溫對(duì)材料哪些性能的影響?習(xí)題 3.1. 設(shè)計(jì)壓力為 0.6MPa，設(shè)計(jì)溫度為 300，厚度為 12mm 的容器，正確選用哪個(gè)鋼材 ?13第四章壓力容器設(shè)計(jì)4.1 概述，4.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則， 4.3 常規(guī)設(shè)計(jì)概述圓筒設(shè)計(jì)封頭設(shè)計(jì)密封裝置

32、設(shè)計(jì)開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)支座和檢查孔安全泄放裝置焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壓力試驗(yàn) )，4.4 分析設(shè)計(jì)概述壓力容器的應(yīng)力分類應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度限制分析設(shè)計(jì)的應(yīng)用 )，4.5 疲勞分析， 4.6 壓力容器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展。第四章思考題思考題4.1.為保證安全，壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮哪些因素？具體有哪些要求？思考題4.2.壓力容器的設(shè)計(jì)文件應(yīng)包括哪些內(nèi)容？思考題4.3.壓力容器設(shè)計(jì)有哪些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？它們和壓力容器失效形式有什么關(guān)系？思考題4.4.壓力容器的失效模式有哪些？思考題4.5.什么叫設(shè)計(jì)壓力？液化氣體儲(chǔ)存壓力容器的設(shè)計(jì)壓力如何確定？思考題4.6. 一容器殼體的內(nèi)壁溫度為 Ti ，外壁溫度為 T0 ，通過傳

33、熱計(jì)算得出的元件金屬截面的溫度平均值為 T ，請(qǐng)問設(shè)計(jì)溫度取哪個(gè)？選材以哪個(gè)溫度為依據(jù)？思考題 4.7. 根據(jù)定義，用圖標(biāo)出計(jì)算厚度、設(shè)計(jì)厚度、名義厚度和最小厚度之間的關(guān)系；在上述厚度中，滿足強(qiáng)度及使用壽命要求的最小厚度是哪一個(gè)？為什么？思考題 4.8. 影響材料設(shè)計(jì)系數(shù)的主要因素有哪些？思考題 4.9. 壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)法和分析設(shè)計(jì)法有何主要區(qū)別？思考題 4.10. 薄壁圓筒和厚壁圓筒如何劃分？其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是什么？有何區(qū)別？思考題4.11.高壓容器的圓筒有哪些結(jié)構(gòu)形式？它們各有什么特點(diǎn)和適用范圍？思考題 4.12.高壓容器圓筒的對(duì)接深環(huán)焊縫有什么不足？如何避免？思考題4.13.對(duì)于

34、內(nèi)壓厚壁圓筒，中徑公式也可按第三強(qiáng)度理論導(dǎo)出，試作推導(dǎo)。思考題4.14. 為什么 GB150 中規(guī)定內(nèi)壓圓筒厚度計(jì)算公式僅適用于設(shè)計(jì)壓力p 0.4 t ？思考題4.15.外壓圓筒容器為什么采用圖算法進(jìn)行穩(wěn)定性設(shè)計(jì)？思考題4.16.外壓橢圓形封頭和外壓錐形封頭的設(shè)計(jì)思路是什么？思考題4.17.外壓圓筒幾何參數(shù)計(jì)算圖是否與材料有關(guān)？思考題4.18.從長鋼管上鋸下長度為 1m 的一段，該段外徑 D0 及有效厚度 t ，且計(jì)算出臨界長度1.5m，試問該段管子屬于長圓筒還是短圓筒？思考題4.19. 加強(qiáng)圈設(shè)置應(yīng)滿足哪些要求？試分析這些要求不同時(shí)滿足時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么情況？14思考題 4.20. 試分析標(biāo)準(zhǔn)橢圓

35、形封頭采用 ab2 的原因 ?為什么容器設(shè)計(jì)現(xiàn)在對(duì)碟形封頭要規(guī)定最小允許過渡半徑 ?思考題 4.21. 為什么球殼是一種理想的壓力容器或端蓋?思考題 4.22. 橢圓形封頭、碟形封頭為何均設(shè)置短圓筒？思考題 4.23. 從受力和制造兩方面比較半球形、橢圓形、碟形、錐殼和平蓋封頭的特點(diǎn)，并說明其主要應(yīng)用場合。思考題 4.24. 螺栓法蘭連接密封中，墊片的性能參數(shù)有哪些？它們各自的物理意義是什么？思考題 4.25. 法蘭標(biāo)準(zhǔn)化有何意義？選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭時(shí)，應(yīng)按照哪些因素確定法蘭的公稱壓力？思考題4.26. 在法蘭強(qiáng)度校核時(shí)，為什么要對(duì)錐頸和法蘭環(huán)的應(yīng)力平均值加以限制？思考題 4.27. 簡述強(qiáng)制式密封

36、，徑向或軸向自緊式密封的原理，并以雙錐環(huán)密封為例說明保證自緊密封正常工作的條件。思考題 4.28. 高壓密封為何一般采用金屬窄面密封墊圈和自緊密封？思考題 4.29. 高壓容器的密封為何采用金屬窄面密封墊圈？思考題 4.30. 高壓容器有哪些結(jié)構(gòu)特征？為什么？思考題 4.31. 簡述強(qiáng)制式密封，徑向或軸向自緊式密封的機(jī)理，并以雙錐環(huán)密封為例說明保證自緊密封正常工作的條件。思考題 4.32. 按 GB150 規(guī)定，在什么情況下殼體上開孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)？為什么這些孔可不另行補(bǔ)強(qiáng)？思考題 4.33. 采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)時(shí)， GB150 對(duì)其適用范圍作了何種限制，其原因是什么？思考題 4.34. 在什么情況

37、下，壓力容器可以允許不設(shè)置檢查孔？思考題 4.35. 什么叫開孔系數(shù)？它與應(yīng)力集中系數(shù)的關(guān)系如何？思考題 4.36. 為什么受壓殼體上的較小尺寸的開孔可以不另行補(bǔ)強(qiáng)？思考題 4.37. 補(bǔ)強(qiáng)元件有哪幾種結(jié)構(gòu)？各有什么特點(diǎn)？思考題 4.38. 開孔補(bǔ)強(qiáng)有哪些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？它們是建立在什么樣的力學(xué)基礎(chǔ)上的？思考題 4.39. 為什么等面積法要對(duì)開孔的最大直徑加以限制？思考題 4.40. 采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，為何 GB150 標(biāo)準(zhǔn)要提出材料、殼體和補(bǔ)強(qiáng)圈厚度的限制？思考題 4.41. 試比較安全閥和爆破片各自的優(yōu)缺點(diǎn)？在什么情況下必須采用爆破片裝置？思考題 4.42. 壓力試驗(yàn)的目的是什么？為什么要盡可能

38、采用液壓試驗(yàn)？思考題 4.43. 簡述帶夾套壓力容器的壓力試驗(yàn)步驟，以及內(nèi)筒與夾套的組裝順序。思考題 4.44. 壓力容器中，減少結(jié)構(gòu)局部附加應(yīng)力的措施有哪些？15思考題 4.45. 試分析容器中采用下述結(jié)構(gòu)的目的：橢圓形封頭設(shè)置直邊；容器支座處設(shè)置墊板；思考題 4.46. 壓力容器的焊縫分幾類？分類的目的是什么？思考題 4.47. 壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則是什么？舉例說明。思考題 4.48. 決定容器焊縫坡囗形式的因素有哪些？舉例說明。思考題4.49. 為什么要對(duì)壓力容器的應(yīng)力進(jìn)行分類？應(yīng)力分類的依據(jù)和原則是什么？思考題 4.50. 一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的區(qū)別是什么？思考題 4

39、.51. 分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)劃分了哪五組應(yīng)力強(qiáng)度？許用值分別是多少？是如何確定的？思考題 4.52. 在疲勞分析中，為什么要考慮平均應(yīng)力的影響？如何考慮？思考題 4.53. 壓力容器 CAD 設(shè)計(jì)和常規(guī)設(shè)計(jì)的主要差異是什么？壓力容器的 CAD 設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要區(qū)別是什么？思考題 4.54. 分析設(shè)計(jì)中，各應(yīng)力的限制條件和計(jì)算應(yīng)力的載荷分別是什么？思考題 4.55. 不考慮疲勞破壞時(shí)，分析設(shè)計(jì)法對(duì)各類應(yīng)力強(qiáng)度的限制條件是什么？第四章習(xí)題習(xí)題 4.1. 一內(nèi)壓容器，設(shè)計(jì)（計(jì)算）壓力為0.85MPa，設(shè)計(jì)溫度為 50；圓筒內(nèi)徑Di =1200mm，對(duì)接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進(jìn)行局部無損檢測

40、；工作介質(zhì)無毒性，非易燃，但對(duì)碳素鋼、低合金鋼有輕微腐蝕， 腐蝕速率 K 0.1mm/a，設(shè)計(jì)壽命 B=20年，試在Q235-A· F、Q235-A、 16MnR 三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計(jì)算圓筒厚度。習(xí)題 4.2. 一頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲(chǔ)存容器，兩端采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，沒有保冷措施；內(nèi)裝混合液化石油氣，經(jīng)測試其在50時(shí)的最大飽和蒸汽壓小于1.62MPa（即50時(shí)丙烷的飽和蒸汽壓）；圓筒內(nèi)徑Di =2600mm，筒長 L =8000mm；材料為16MnR，腐蝕裕量 C2 =2mm，焊接接頭系數(shù) =1.0，裝量系數(shù)為 0.9。試確定：各設(shè)計(jì)參數(shù)；該容器屬第幾類壓力

41、容器； 圓筒和封頭的厚度（不考慮支座的影響） ；水壓試驗(yàn)時(shí)的壓力，并進(jìn)行應(yīng)力校核。習(xí)題 4.3. 今欲設(shè)計(jì)一臺(tái)乙烯精餾塔。已知該塔內(nèi)徑 Di =600mm，厚度 n =7mm，材料選用 16MnR，計(jì)算壓力 Pc =2.2MPa，工作溫度 t =-20-3。試分別采用半球形、橢圓形、碟形和平蓋作為封頭計(jì)算其厚度，并將各種形式封頭的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，最后確定該塔的封頭形式與尺寸。習(xí)題 4.4. 一多層包扎式氨合成塔，內(nèi)徑 Di =800mm，設(shè)計(jì)壓力為 31.4MPa，工作溫度小于 200，內(nèi)筒材料為 16MnR，層板材料為 16MnR，取 C2 =1.0mm，試確定圓筒的厚度。16習(xí)題 4

42、.5. 一裝有液體的罐形容器， 罐體為 Di =2000mm的圓筒，上下為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料 Q235-A，腐蝕裕量 C 2 =2mm，焊縫接頭系數(shù)=0.85 ，罐體總高度 ( 含封頭 )3200mm，罐體內(nèi)液體高度2500mm，液面上氣體壓力不超過0.15MPa，罐內(nèi)最高工作溫度50，液體密度 (1160kg/ m3 ) 隨溫度變化很小。試設(shè)計(jì)罐體及封頭厚度，并確定水壓試驗(yàn)壓力及校核水壓試驗(yàn)應(yīng)力。習(xí)題 4.6. 某化工廠一反應(yīng)釜， 釜體為圓筒，內(nèi)直徑 D i =1500mm，工作溫度 5105，工作壓力 1.5MPa，介質(zhì)無毒且非易燃易爆，材料0Cr18Ni11Ti ，腐蝕裕量 C 2 =0

43、，雙面對(duì)接焊、局部無損探傷，其凸形封頭上裝有安全閥，開啟壓力1.6MPa。(1) 試設(shè)計(jì)釜體壁厚，并說明本題采用局部探傷是否符合要求？ (2) 試確定分別采用半球形、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形、標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭的封頭壁厚。習(xí)題 4.7 一高壓容器，其筒體內(nèi)徑為1000mm，外徑 1250mm，材料許用應(yīng)力 =180MPa，用規(guī)范方法計(jì)算其允許的最大內(nèi)壓力。習(xí)題 4.8 一高壓容器，筒體內(nèi)徑為Di =1850mm，設(shè)計(jì)壓力 Pi，設(shè)計(jì)溫度為=14MPa280，材料 18MnMoNbR， 常溫下 s =440MPa， =197MPa，280下， t =197MPa，焊縫系數(shù) =1.0 ，壁厚附加量 4mm，試確定筒體

44、壁厚。習(xí)題 4.9. 一不銹鋼 (0Cr18Ni9) 反應(yīng)釜，設(shè)計(jì)壓力1.2MPa，設(shè)計(jì)溫度 298，焊縫接頭系數(shù)=1.0 ，腐蝕裕量 C2 =0，圓筒釜體內(nèi)直徑Di =1200mm，為方便出料，釜體底部為一大端帶折邊的錐殼，半錐角 45 o ，要求錐殼小端處出料接管 (0Cr18Ni9Ti) 內(nèi)直徑不小于 200mm。試確定圓筒及錐底壁厚、出料管尺寸，并畫出錐殼與出料管焊接結(jié)構(gòu)示意圖。 ( 出料管可選規(guī)格 219×7 219× 10，壁厚間隔 0.5mm)。習(xí)題 4.10. 一圓筒容器內(nèi)徑 D i =400mm，筒高 1500mm，設(shè)計(jì)壓力為 8MPa，設(shè)計(jì)溫度T=200

45、，材料為 16MnR，腐蝕裕量 C2 =2mm，焊縫接頭系數(shù) =1。試選擇一種焊接平板結(jié)構(gòu)作端蓋，并設(shè)計(jì)筒體、平蓋厚度，并確定焊縫等局部結(jié)構(gòu)尺寸(畫圖標(biāo)注)。今需制造一臺(tái)分餾塔，塔的內(nèi)徑 Di =2000mm，塔身長（指圓筒長 +兩端橢圓形封頭直邊高度） L1 =6000mm，封頭曲面深度 h1 =500mm，塔在 370及其真空條件下操作，現(xiàn)在庫存有 8mm、 12mm、14mm 厚的 Q235-A 鋼板，問能否用這三種鋼板來制造這臺(tái)設(shè)備。習(xí)題 4.11. 一減壓塔，為一圓筒容器， 兩端為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭， 筒體長度 24600mm(包含封頭直邊段長度 ) ，內(nèi)直徑 2400mm，壁厚附加量

46、C =2mm，塔筒體、封頭材料均為 Q235-A。塔的設(shè)計(jì)外壓 0.1MPa，設(shè)計(jì)溫度 150，此時(shí)彈性模量 E =2× 105MPa。試計(jì)算當(dāng)塔筒體、封頭的有效壁厚 te =8mm時(shí)：塔筒體、封頭穩(wěn)定性是否滿足要求？若要滿足穩(wěn)定性要求，筒體、封頭的設(shè)計(jì)名義厚度 tn 應(yīng)為多少？ 若采用加加強(qiáng)圈的方法保證筒體的有效壁厚 te =8mm時(shí)滿足穩(wěn)定性要求，應(yīng)加多少個(gè)加強(qiáng)圈？采用等邊角鋼 (100 × 100×10 厚)(Q235-A) 做加強(qiáng)圈，能否滿足慣性矩要求？習(xí)題 4.12. 一套管換熱器內(nèi)管，規(guī)格為外直徑194mm×厚度 24mm，材料 12CrMo

47、，實(shí)17測壁厚 23mm，管子腐蝕裕量C2，計(jì)算內(nèi)管可承受的最大外壓力是=1mm，設(shè)計(jì)溫度 400多少？習(xí)題 4.13.已知某減壓塔內(nèi)直徑為5000mm，長 20000mm（切線間長度），兩端均為球形封頭，材料20R，壁厚附加量 4mm， E=2.1×5 MPa，=0.3 ，當(dāng)塔內(nèi)操s =220MPa10作壓力為 0.01MPa，（絕壓）時(shí)，由穩(wěn)定性計(jì)算塔的最小壁厚。習(xí)題 4.14.已知某真空容器內(nèi)直徑3000mm，切線間長度 5000mm，兩端為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料 Q235A，常溫下操作，s = 220MPa， E =2.1 ×105MPa， =0.3，取壁厚附加量2mm

48、，由穩(wěn)定性設(shè)計(jì)容器壁厚。習(xí)題 4.15. 某一烷基苯磺酸鈉中和器內(nèi)徑Di =620mm，壁厚 4mm，長 6000mm，材料OCr19Ni9。其，E=1.95×5MPa，=0.3，中和器常壓操作，外有夾套水冷s =220MPa10卻，水壓為 0.2MPa。試校核此中和器的穩(wěn)定性。習(xí)題 4.16 有一銅制圓筒形容器， 材料為 Q235A，操作溫度 50，其Es =235MPa， =2× 105MPa， =0.3。外徑為 2000mm，長 5000mm（封頭與殼體切線的距離） ，兩端為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭與殼體的厚度均為 s=12mm，壁厚附加量為 2mm，求容器的最大許用真空度。習(xí)題 4.17 一薄器管子受外壓作用，尺寸為 L D ，厚度 t ，材料