《過程設備設計基礎》

1、過程設備設計基礎習題集樊玉光西安石油大學2007.1前言本習題集為配合過程裝備與控制工程專業(yè)過程設備設計基礎課程的教學參考用書。本書是編者在過去多年教學經(jīng)驗的基礎上整理編寫而成，旨在幫助加深對課程中一些基本概念的理解，鞏固所學的知識，提高分析和解決工程設計問題的能力，因此編寫過程中力求選題廣泛，突出重點，注重解題方法和工程概念的訓練。本書與過程設備設計基礎教材中各章教學要求基本對應。各章中包含思考題和習題。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 第一章壓力容器導言2. HYPERLINK l bookmark4 第一章思考題2. HYPERLINK l boo

2、kmark6 第二章壓力容器應力分析3. HYPERLINK l bookmark8 第二章思考題3. HYPERLINK l bookmark10 第二章習題7. HYPERLINK l bookmark12 第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響1.3.1.3第三章思考題第四章壓力容器設計1.4第四章思考題1.4第四章習題1.6第五章儲存設備1.91.91.9第五章思考題第五章習題第一章壓力容器導言1.1壓力容器總體結構，1.2壓力容器分類，1.3壓力容器規(guī)范標準。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.介質的毒性程度和易燃特性對壓力容器的

3、設計、制造、使用和管理有何影響？思考題1.3.壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程在確定壓力容器類別時，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大小進行分類？思考題1.4.壓力容器安全技術監(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JB/T4735三個標準有何不同？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？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、使用等方面說明對壓力容器機械設計有哪些基本要求？思考題1.8.為什么對壓力容器分類時不僅要根據(jù)壓力高低，還要考慮壓力乘容積PV的大小?思考題1.

4、9.毒性為高度或極度危害介質PV0.2MPam3的低壓容器應定為幾類容器？思考題1.10.所謂高溫容器是指哪一種情況?第二章壓力容器應力分析2.1載荷分析，2.2回轉薄殼應力分析，2.3厚壁圓筒應力分析，2.4平板應力分析2.5殼體的穩(wěn)定性分析，2.6典型局部應力。第二章思考題思考題2.1.一殼體成為回轉薄殼軸對稱問題的條件是什么？思考題2.2.推導無力矩理論的基本方程時，在微元截取時，能否采用兩個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.試分析標準橢圓形封頭采用長短軸之比a/b=2的原因。思考題2.4.何謂回轉殼的不連續(xù)效應？不連續(xù)應力有哪些重要

5、特征，其中與/it兩個參數(shù)的物理意義是什么？思考題2.5.對殼體進行應力分析有哪兩種理論?它們分別考慮殼體中哪些應力?為什么工程實際中可以用無矩理論？思考題2.6.試用圖(a)(b沖所注尺寸符號寫出各回轉殼體中A和B點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.為什么推導一般回轉殼體的應力時不能采用材料力學中的截面法?對一般回轉殼體取殼單元的假國想截面采用垂直于軸線的橫載面為什么是不正確的？應該如何取才是正確的?思考題2.9.實際的薄壁殼體，當承受均勻內壓P,其沿器壁厚度的各點上有

6、否彎曲應力?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2示出三個直徑D，壁厚t和高度H均相同的薄壁容器，容器內充滿液體，液體密度為，分別懸掛在支座上，試問：(1三個容器分別在A-A和B-B橫截面上的經(jīng)向薄膜應力是否相等?為什么？三個容器在同一高度的對應點上環(huán)向薄膜應力是否相等?為什么?若將三個容器均直接置于平地上，則AA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，則器壁中的薄膜應力是否按臥式時一樣計算?為什么?思考題2.13.圓柱殼軸對稱彎曲問題中，為什么縱向截面的剪力

7、Q等于零，且所有內力分量均與坐標無關?思考題2.14.殼體彎曲問題的解法與無矩理論的解法有什么根本區(qū)別?思考題2.15.對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圖2-5彎曲效應?思考題2.16.如何理解對于圓柱殼彎曲時，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?使容器產(chǎn)生邊緣效應有哪些因素?不連續(xù)應力有哪些重要特征?在何種情況下可以不作詳細計算?對結構進行合理設計有哪些基本措施?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)調方程式中各項的正負號如何確定?思考題2.19.試以半球殼與圓柱殼相連接為例說明計算容器不連續(xù)應力的一般步驟

8、。思考題2.20.為什么總的應力可以將薄膜應力與邊緣載荷引起的附加應力疊加?最大應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JRt這兩個參量的物理意義是什么？思考題2.22.對于組合容器，當兩個殼體在連接處無公切線時，在計算邊緣載荷時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壓時，其應力分布有哪些特征？當承受的內壓很高時，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壓時承受內壓P與外壓P作用時，能否用壓差i0p=P-P代入僅受內壓或僅受外壓的厚壁圓筒筒壁應力計算式來計算筒壁應力？為什i0么？思考

9、題2.25.單層厚壁圓筒在內壓于溫度差同時作用時，其綜合應力沿壁厚如何分布？筒壁屈服發(fā)生在何處？為什么？d思考題2.26.為什么厚壁圓筒微元體的平衡方程r,在彈塑性應力分布rdr分析中同時適應？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、徑向三應力之關系式，對于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否都成立,Z2為什么？思考題2.28.兩個厚壁圓筒，一個是單層，另一個是多層圓筒，二者徑比K和材料相同，試問這兩個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力有何主要區(qū)別？思考題2.30.單層厚壁圓筒受溫差作用時，其熱應力分布有哪

10、些規(guī)律？加熱方式對其有何影響？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.預應力法增強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.何謂自增強處理？確定自增強壓力的原則是什么？對于理想塑性材料，當塑性層擴展到圓筒的整個壁厚時，增加自增強壓力能否繼續(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力和擾度的大小和位置。思考題2.36.何謂板的中面、薄板

11、、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?為什么在此基本假設下，能歸結為求解中面撓度函數(shù)的問題?dMc1廣2|思考題2扁8.簡支與固支邊界條件的含義是什么?試寫出圖28所示各題的邊界條“fl)1*II2卜411rz件。2-8思考題2.39.薄板受橫向載荷時的力學特征是什么？殼與板相比較在承載能力上有p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力、剪應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2.42.試述建立圓板軸對稱彎曲問題的基本方

12、程的步驟。思考題2.43.當環(huán)形板中的計算應力超過材料的屈服點時，能不能用疊加法?_p29所示各題的撓思考題2.44.試用最簡單載荷問題的解的疊加方法，分析求解圖度和應力。思考題2.45.在圓板結構設計中，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？思考題2.46.試述承受均布外壓的回轉殼破壞的形式，并與承受均布內壓的回轉殼相比有何異同？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，采用高強度材料是否正確，為什么？思考題2.48.提高材料強度對鋼制外壓容器的穩(wěn)定性有何影響？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力表征，而

13、不用臨界壓力P？cr思考題2.50.求解內壓殼體與接管連接處的局部應力有哪幾種方法？思考題2.51.圓柱殼除受到介質壓力作用外，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2.53.什么叫應力集中和應力集中系數(shù)？思考題2.54.為什么容器開孔接管處會產(chǎn)生較高的局部應力？這種應力有何特征？第二章習題習題2.1.試應用無力矩理論的基本方程，求解圓柱殼中的應力(殼體承受氣體內壓p,殼體中面半徑為R,殼體厚度為t)。若殼體材料由20R(=400MPa,=245MPa)bs改為16MnR(=510MPa，=345MPa)時，圓柱

14、殼中的應力如何變化？為什么？bs習題2.2.試利用題2-1(a)(中所注尺寸，寫出各回轉殼中A點的主曲率半徑RR2和平行園半徑r。并用無力矩理論計算各容器承受均勻氣體內壓力P作用時，器壁中A點的經(jīng)向應力和周向應力。己知：D=1000mm、L=1000mm、x二L/么=45。、=30。、a=200mm，壁厚均為t=10mm。習題2.3.試求單葉雙曲面殼的主曲率半徑RR2o曲線方程為蘭2a2yb21。習題2.4.一海底探測船的承壓艙，系由三個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，試求當船在海平面下1000m工作時，艙壁內的周向應力為多大？忽略各球

15、連接處的不連續(xù)效應和殼體受深水壓力作用的壓縮變形。海水密度為1020kg/m3。為，試確定(1)錐殼中的薄膜應力和最大簿膜應力及其位置；(2)若容器中盛部分液體，其離錐頂距離h(hH),薄膜應力又將如何變化？習題2.7.鋼質圓筒形水槽，其直徑為D,高度為H,壁厚為t,試計算水深為x處殼體的位移以及轉角（材料的彈性模量E；泊松比為）。習題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。此封頭的厚度應為tt（l）/（2），設圓筒與半球形封頭的中面半徑為R,圓筒壁厚為t,且兩cc者材料相同。習題2.9.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

16、。假設罐底固定，頂部敞開。試求下部器壁中的應力。習題2.10.對標準橢圓封頭（如圖2-52所示）進行應力測試。該封頭中面處的長軸D=1000mm,厚度t=10mm,測得E點（x=0）處的周向應力為50MPa。此時，壓力表A指示數(shù)為IMPa，壓力表B的指示數(shù)為2MPa，試問哪一個壓力表已失靈,為什么？習題2.11.有球罐（如圖2-53所示）,其內徑為20m（可視為中面直徑），厚度為20mm，內儲有液氨，球罐上部尚有3m的氣態(tài)氨。設氣態(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，其對應中心角為120,試確定該球殼中的薄膜應力。習題2.12.有錐形底的圓筒形密閉容器

17、,如圖2-54所示,試用無力矩理論求出錐形殼中的最大薄膜應力與的值及相應位置。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,內裝有密度為的液體，液面高度為H，液面上承受氣體壓力P。C習題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)應力表達式（管板剛度很大,管子兩端是開口的,不承受軸向拉力）。設管內壓力為P,管外壓力為零，管子中面半徑為r,厚度為t。兩根幾何尺寸相同，材料不同的鋼管對接焊如圖2-56所示。管道的操作壓力為P，操作溫度為t,環(huán)境溫度為t,而材料的彈性模量E相等，線膨脹系數(shù)分別為和，0c12管道半徑為r，厚度為t,試

18、求焊接處的不連續(xù)應力(不計焊縫余量)。習題2.14.一接管由不銹鋼和碳鋼焊接而成,試確定焊縫區(qū)的縱向應力為多少?已知：d=250mm,t=10mm,P=5MPa,工作時溫度升高為t=250，兩種材料的E=e=sc1.76xio5MPa,=17.8xio6/c,=13.2xi6/c。注意：建立連續(xù)方程時要將sc溫升產(chǎn)生的直徑變化考慮在內。習題2.15.單層厚壁圓筒，承受內壓力P=36MPa是，測得(用千分表)筒壁外表i面的徑向位移W=0.365mm，圓筒外直徑D=980mm,E=2x105MPa,=0.3試求圓o0筒內外壁面應力值。習題2.16.有超高管道,其外直徑為78mm,內直徑為34mm,

19、承受內壓力300MPa,操作溫度下材料的=1000MPa,=900MPa。此管道經(jīng)自增強處理,試求出最佳自增bs強處理壓力。習題2.17.內半徑R=160mm,外半徑R=320mm的閉式厚壁圓筒,承受外壓i0p=15MPa作用，材料的彈性模量E=2x105MPa,=0.3試問在此情況下：o(1當向筒內施加多大內壓力P,其內壁周向應力達到25MPa?i在上述內外壓同時作用下,圓筒內壁的內直徑增加多少？若筒體內外壁溫差ttt=100,11106/。試計算筒壁熱應力,并畫io圖。習題2.18.厚壁圓筒外直徑D=200mm，承受內壓力100MPa,若己知其外表面的0環(huán)向應變值以及軸向應變值分別是：50

20、0106,125106。材料的E=2xz105MPa,=0.3。試求其內直徑為多少？習題2.19.厚壁圓筒，內半徑100mm，外半徑150mm，受60MPa內壓和30MPa外壓作用，求圓筒內外壁徑向、周向和軸向應力。習題2.20有厚壁圓筒容器,內徑160mm,外徑320mm。若筒內壁上的允許最大周向應力規(guī)定為30MPa,求允許施加的最大內壓力,當此壓力作用時外壁的周向應力為多少？習題2.21.有一厚壁筒，內徑200mm，外徑320mm，受內壓力20MPa，計算此壓力作用時,圓筒外徑改變多少？習題2.22.處于彈性階段的單層厚壁圓筒容器,其操作內壓P=50MPa,外壁軸向i應力=85MPa,計算

21、內外壁其它應力。Z0習題2.23.整體式厚壁筒的t=200,t=250其熱載荷P=16t,若已測得外壁i0t熱應力=-108MPa,內壁熱應力=52MPa,計算、的大小。Z0titZitrit0tr0t習題2.24鋼制厚壁筒體，內直徑800mm，外直徑1000mm,=330MPa，在某一s均勻的內壓作用下，測得外壁周向應力為200MPa，按Triscar屈服條件判斷內壁是否屈服。習題2.25高壓單層厚壁容器，在水壓試驗壓力40MPa作用下，實驗測得，外壁軸向應變=0.8xl0-4,環(huán)向應變=3.4xl0-4,材料E=2xlO5MPa,=0.3,計算筒體E00徑比K及此時內外壁各項應力。習題2.

22、26.高壓單層厚壁筒體，工作內壓30MPa，內外壁溫差t=t-t=40C已經(jīng)i0測得外壁軸向合成應力=140MPa，若溫差應力按=1.5tMPa計算，筒體處于彈性Z0t狀態(tài)。計算內外壁上P產(chǎn)生應力，t產(chǎn)生的應力及合成應力。習題2.27.高壓單層厚壁容器僅受內壓作用，P=40MPa,，材料的彈性模量E=2ix105MPa,=0.3,試驗測得外表面軸向應變=0.8x10-4,環(huán)向應變=3.4x10-4,E00筒體處于彈性范圍，計算內外壁各項應力。習題2.28高壓厚壁筒，徑比K=1.2受內壓P=10MPa作用，同時內壁溫度比外壁i高50C，若溫差應力數(shù)值由=mt=1.5tMPa確定，試計算內外壁下列

23、情況各項應t力、。rZ(1)由P產(chǎn)生應力；(2)由t產(chǎn)生應力；(3)由P、t共同作用應力。ii習題2.29.承受橫向均布載荷作用的圓平板，當其厚度為定時，試證明板承受的總載荷為與半徑的定植。習題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力(取板材的E=2x105MPa，=0.3)。上題中的圓平板周邊改為簡支，試計算其最大撓度和應力，并將計算結果與上題作分析比較。習題2.31.有一園平板，半徑R=500mm，板厚t=38mm，板表面作用有P=3.0MPa的均布壓力，試求當板周邊剛性固定和周邊簡支時，板的最大撓度和應力

24、值，并分析比較。取材料的E=2105MPa，=0.3。習題2.32.鋼制薄園盤，半徑為30mm，且周邊固定。當壓力達到3MPa時，其中心產(chǎn)生1mm的撓度。試求園盤所需的厚度。取材料的E=2105MPa，=0.3。習題2.33.穿流式泡沫塔其內徑為1500mm，塔板上最大液層為800mm(液體密度=1.5x103kg/m3)，塔板厚度為6mm，材料為低碳鋼(E=2x105MPa,=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，試問塔板的厚度應增加多少？習題2.34.三個幾何尺寸相同的承受周向外壓得短圓筒，其材料分別為碳素鋼(=220MPa，E=2x105MPa，

25、=0.3)、鋁合金(=110MPa，E=0.7x105MPa，=0.3)ss合銅(=100MPa，E=1.1x105MPa，=0.31)，試問哪個圓筒的臨界壓力最大，s為什么？習題2.35.兩個直徑、厚度和材質相同的周向均布外壓，其中個為長圓筒，另個為短圓筒，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相同，為什么？隨著所承受的周向均布外壓力不斷增加，兩個圓筒先后失穩(wěn)時，圓筒中的周向壓應力是否相同，為什么？習題2.36.承受均布周向外壓力的圓筒，只要設置加強圈均可提高其臨界壓力。對否，為什么？且采用的加強圈越多，殼壁所需厚度就越薄，故經(jīng)濟上越合理。對否，為什么？習題2.37

26、有一圓筒，其內徑為1000mm，厚度為10mm，長度為20m，材料為20R(=400MPa,=245MPa,E=2x105MPa,=0.3)。在承受周向外壓力時，求其bs臨界壓力P。在承受內壓力時，求其爆破壓力P,并比較其結果。crb上題中的圓筒，其長度改為2m，在進行上題中的、的計算，并與上題結果進行綜合比較。習題2.38.筒體內徑D=1000mm，壁厚10mm，殼體上的垂直接管外徑d=159mm,io壁厚6mm。該接管受徑向壓縮力P=15KN和經(jīng)向彎矩Ml=2.4KNM作用。計算上述靜L載荷在殼體中引起的最大局部應力。13第三章壓力容器材料及環(huán)境和時間對其性能的影響3.1壓力容器材料，3.

27、2壓力容器制造工藝對鋼材性能的影響，3.3環(huán)境對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來預防這種失效？思考題3.5.壓力容器選材應考慮哪些因素？思考題3.6.對于壓力容器用鋼的冶煉方法、化學成分、力學性能等方面有哪些基本要求？思考題3.7.試區(qū)別下列名詞術語：壓力容器的質量保證和質量監(jiān)督。材料在使用過程中的退化和時效。材料的塑性和韌性。無塑性轉

28、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.指出下列鋼號按化學成分和用途分屬哪類鋼材，并注明各代號的意義：Q235A，Q235A.F，Q235B，Q235C，20HP，16MnR，15MnVR，09MnNiDR，18MnMoNbR，15CrMoR，0Crl8Ni9，00Crl9Nil1，00Cr17Ni14Mo2。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，對溫度、壓力范圍及介質需加以限制?思考題3.11.在低溫(-20C)以下工作的壓力容器對材料有哪些特殊要求？思考題

29、3.12.選擇高溫容器用鋼時主要考慮高溫對材料哪些性能的影響?習題3.1.設計壓力為0.6MPa，設計溫度為300C,厚度為12mm的容器，正確選用哪個鋼材?第四章壓力容器設計4.1概述，4.2設計準則，4.3常規(guī)設計（4.3.1概述4.3.2圓筒設計4.3.3封頭設計4.3.4密封裝置設計4.3.5開孔和開孔補強設計4.3.6支座和檢查孔4.3.7安全泄放裝置4.3.8焊接結構設計4.3.9壓力試驗），4.4分析設計（4.4.1概述4.4.2壓力容器的應力分類4.4.3應力強度計算4.4.4應力強度限制4.4.5分析設計的應用），4.5疲勞分析，4.6壓力容器設計技術進展。第四章思考題思考題

30、4.1.為保證安全，壓力容器設計時應綜合考慮哪些因素？具體有哪些要求？思考題4.2.壓力容器的設計文件應包括哪些內容？思考題4.3.壓力容器設計有哪些設計準則？它們和壓力容器失效形式有什么關系？思考題4.4.壓力容器的失效模式有哪些？思考題4.5.什么叫設計壓力？液化氣體儲存壓力容器的設計壓力如何確定？思考題4.6.容器殼體的內壁溫度為T,外壁溫度為T,通過傳熱計算得出的元件i0金屬截面的溫度平均值為T，請問設計溫度取哪個？選材以哪個溫度為依據(jù)？思考題4.7.根據(jù)定義，用圖標出計算厚度、設計厚度、名義厚度和最小厚度之間的關系；在上述厚度中，滿足強度及使用壽命要求的最小厚度是哪個？為什么？思考題

31、4.8.影響材料設計系數(shù)的主要因素有哪些？思考題4.9.壓力容器的常規(guī)設計法和分析設計法有何主要區(qū)別？思考題4.10.薄壁圓筒和厚壁圓筒如何劃分？其強度設計的理論基礎是什么？有何區(qū)別？思考題4.11.高壓容器的圓筒有哪些結構形式？它們各有什么特點和適用范圍？思考題4.12.高壓容器圓筒的對接深環(huán)焊縫有什么不足？如何避免？思考題4.13.對于內壓厚壁圓筒，中徑公式也可按第三強度理論導出，試作推導。思考題4.14.為什么GB150中規(guī)定內壓圓筒厚度計算公式僅適用于設計壓力p0.4t？思考題4.15.外壓圓筒容器為什么采用圖算法進行穩(wěn)定性設計？思考題4.16.外壓橢圓形封頭和外壓錐形封頭的設計思路是

32、什么？思考題4.17.外壓圓筒幾何參數(shù)計算圖是否與材料有關？思考題4.18從長鋼管上鋸下長度為1m的一段，該段外徑D及有效厚度t,且計算0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.加強圈設置應滿足哪些要求？試分析這些要求不同時滿足時會出現(xiàn)什么情況？思考題4.20.試分析標準橢圓形封頭采用a/b=2的原因?為什么容器設計現(xiàn)在對碟形封頭要規(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，并說明其主要應用場合。思

33、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.法蘭標準化有何意義？選擇標準法蘭時，應按照哪些因素確定法蘭的公稱壓力？思考題4.26.在法蘭強度校核時，為什么要對錐頸和法蘭環(huán)的應力平均值加以限制？思考題4.27.簡述強制式密封，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.高壓容器有哪些結構特征？為什么？思考題4.31.簡述強制式密封，徑向或軸向自緊式密封的機理，并以雙錐環(huán)密封為

34、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強？為什么這些孔可不另行補強？思考題4.33.采用補強圈補強時，GB150對其適用范圍作了何種限制，其原因是什么？思考題4.34.在什么情況下，壓力容器可以允許不設置檢查孔？思考題4.35.什么叫開孔系數(shù)？它與應力集中系數(shù)的關系如何？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強？思考題4.37.補強元件有哪幾種結構？各有什么特點？思考題4.38.開孔補強有哪些設計準則？它們是建立在什么樣的力學基礎上的？思考題4.39.為什么等面積法要對開孔的最大直徑加以限制？思考題4.40采用

35、補強圈補強時，為何GB150標準要提出材料、殼體和補強圈厚度的限制？思考題4.41.試比較安全閥和爆破片各自的優(yōu)缺點？在什么情況下必須采用爆破片裝置？思考題4.42.壓力試驗的目的是什么？為什么要盡可能采用液壓試驗？思考題4.43.簡述帶夾套壓力容器的壓力試驗步驟，以及內筒與夾套的組裝順序。思考題4.44.壓力容器中，減少結構局部附加應力的措施有哪些？思考題4.45.試分析容器中采用下述結構的目的：橢圓形封頭設置直邊；容器支座處設置墊板；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.壓力容器焊接結構設計的基本原則是什么？舉例說明。思考題4.48.決定容器焊縫坡囗形式的

36、因素有哪些？舉例說明。思考題4.49.為什么要對壓力容器的應力進行分類？應力分類的依據(jù)和原則是什么？思考題4.50.一次應力、二次應力和峰值應力的區(qū)別是什么？思考題4.51.分析設計標準劃分了哪五組應力強度？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力的影響？如何考慮？思考題4.53.壓力容器CAD設計和常規(guī)設計的主要差異是什么？壓力容器的CAD設計方法和傳統(tǒng)設計的主要區(qū)別是什么？思考題4.54.分析設計中，各應力的限制條件和計算應力的載荷分別是什么？思考題4.55.不考慮疲勞破壞時，分析設計法對各類應力強度的限制條件是什么？第四章習題習題4.1.內壓容器

37、，設計（計算）壓力為0.85MPa,設計溫度為50C;圓筒內徑D=1200mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，并進行局部無損檢測；工作介質無毒i性，非易燃，但對碳素鋼、低合金鋼有輕微腐蝕，腐蝕速率K0.1mm/a,設計壽命B=20年，試在Q235-AF、Q235-A、16MnR三種材料中選用兩種作為圓筒材料，并分別計算圓筒厚度。習題4.2.頂部裝有安全閥的臥式圓筒形儲存容器，兩端采用標準橢圓形封頭，沒有保冷措施；內裝混合液化石油氣經(jīng)測試其在50C時的最大飽和蒸汽壓小于1.62MPa（即50C時丙烷的飽和蒸汽壓）；圓筒內徑D=2600mm，筒長L=8000mm;材料為i16MnR，腐蝕裕量C=

38、2mm，焊接接頭系數(shù)=1.0,裝量系數(shù)為0.9試確定：各設計2參數(shù)；該容器屬第幾類壓力容器；圓筒和封頭的厚度（不考慮支座的影響）；水壓試驗時的壓力,并進行應力校核。習題4.3.今欲設計一臺乙烯精餾塔。已知該塔內徑D=600mm，厚度=7mm，材in料選用16MnR，計算壓力P=2.2MPa,工作溫度t=-20-3C。試分別采用半球形、橢圓c形、碟形和平蓋作為封頭計算其厚度,并將各種形式封頭的計算結果進行分析比較,最后確定該塔的封頭形式與尺寸。習題4.4.多層包扎式氨合成塔，內徑D=800mm，設計壓力為31.4MPa,工作溫i度小于200C，內筒材料為16MnR，層板材料為16MnR，取C=1

39、.0mm，試確定圓筒的2厚度。習題4.5.裝有液體的罐形容器，罐體為d=2000mm的圓筒，上下為標準橢圓封頭,i材料Q235-A，腐蝕裕量c2=2mm，焊縫接頭系數(shù)=0.85，罐體總高度（含封頭）3200mm,罐體內液體高度2500mm，液面上氣體壓力不超過0.15MPa,罐內最高工作溫度50C，液體密度（1160kg/m3）隨溫度變化很小。試設計罐體及封頭厚度，并確定水壓試驗壓力及校核水壓試驗應力。習題4.6.某化工廠一反應釜，釜體為圓筒，內直徑d=1500mm,工作溫度5_105C,i工作壓力l5MPa，介質無毒且非易燃易爆，材料0Crl8NillTi,腐蝕裕量c=0,雙面對2接焊、局部

40、無損探傷，其凸形封頭上裝有安全閥，開啟壓力1.6MPa。（1）試設計釜體壁厚，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、標準橢圓形、標準碟形封頭的封頭壁厚。習題4.7.高壓容器，其筒體內徑為1000mm，外徑1250mm，材料許用應力=180MPa，用規(guī)范方法計算其允許的最大內壓力。習題4.8.高壓容器，筒體內徑為D=1850mm，設計壓力P=14MPa，設計溫度為ii280C，材料18MnMoNbR,常溫下=440MPa,=197MPa,280C下，t=197MPa，焊s縫系數(shù)=1.0,壁厚附加量4mm，試確定筒體壁厚。習題4.9.不銹鋼（0Cr18Ni9）反應釜，設計

41、壓力1.2MPa,設計溫度298C，焊縫接頭系數(shù)二1.0,腐蝕裕量C2=0，圓筒釜體內直徑Di=1200mm，為方便出料，釜體底部為大端帶折邊的錐殼，半錐角45o,要求錐殼小端處出料接管（0Cr18Ni9Ti）內直徑不小于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構示意圖。（出料管可選規(guī)格219x7219x10，壁厚間隔0.5mm）。習題4.10.圓筒容器內徑d=400mm，筒高1500mm，設計壓力為8MPa,設計溫度iT=200C，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構作端蓋,并設計筒體、平蓋厚度,并確定焊縫等局部結構尺

42、寸（畫圖標注）。今需制造臺分餾塔,塔的內徑D=2000mm,塔身長（指圓筒長+兩端橢圓形封頭直邊i高度）L=6000mm，封頭曲面深度h=500mm，塔在370C及其真空條件下操作，現(xiàn)在11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設備。習題4.11.減壓塔，為一圓筒容器，兩端為標準橢圓形封頭，筒體長度24600mm（包含封頭直邊段長度）,內直徑2400mm,壁厚附加量C=2mm,塔筒體、封頭材料均為Q235-A。塔的設計外壓0.1MPa，設計溫度150C，此時彈性模量E=2x10酗Pa。試計算當塔筒體、封頭的有效壁厚t=8mm時：e塔筒體、封頭穩(wěn)定性是

43、否滿足要求？若要滿足穩(wěn)定性要求,筒體、封頭的設計名義厚度t應為多少？n若采用加加強圈的方法保證筒體的有效壁厚t=8mm時滿足穩(wěn)定性要求,應加多e少個加強圈？采用等邊角鋼（100 x100 x10厚）（Q235-A）做加強圈，能否滿足慣性矩要求？習題4.12.套管換熱器內管，規(guī)格為外直徑194mmx厚度24mm，材料12CrMo,實測壁厚23mm，管子腐蝕裕量c=1mm，設計溫度400C，計算內管可承受的最大外壓力是2多少？習題4.13.已知某減壓塔內直徑為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,=220MPa,E=2.1xl05MPa,“=

44、0.3,當塔內操s作壓力為0.01MPa,（絕壓）時，由穩(wěn)定性計算塔的最小壁厚。習題4.14.已知某真空容器內直徑3000mm，切線間長度5000mm，兩端為標準橢圓封頭，材料Q235A，常溫下操作，=220MPa,E=2.1xl05MPa,=0.3,取壁厚附加量s2mm，由穩(wěn)定性設計容器壁厚。習題4.15.某一烷基苯磺酸鈉中和器內徑D=620mm，壁厚4mm,長6000mm，材料iOCrl9Ni9。其=220MPa,E=1.95xl05MPa,=0.3,中和器常壓操作，外有夾套水冷s卻，水壓為0.2MPa。試校核此中和器的穩(wěn)定性。習題4.16.有一銅制圓筒形容器，材料為Q235A,操作溫度5

45、0C,其=235MPa,E=2sxl05MPa,=0.3外徑為2000mm，長5000mm（封頭與殼體切線的距離），兩端為標準橢圓封頭，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。習題4.17.薄器管子受外壓作用，尺寸為L、D，厚度t,材料性能E、H。t經(jīng)g計算得L=L,P=0.2MPa,=0.4t,試確定當圓管子中間加一足夠剛性的加強圈時，crcrcry管子的最大允許外壓值。習題4.18.圖示組合外壓容器，筒體和錐殼采用同一材料，當圓筒t=16mm時，剛能承受設計外壓。試計算錐殼厚度為多少時，錐殼不會發(fā)生失穩(wěn)？習題4.19圖示組合外壓容器，上端為標準橢圓封頭

46、，當另轉換系數(shù)K=0.9，下端為球形封頭，材料相同，設計外壓P=0.1MPa。材料E=2x105MPa,R=8.40mm,t=250MPa。iy計算半球封頭和橢圓封頭不失穩(wěn)所需的最小計算壁厚。習題4.20.圖4-71所示為一立式夾套反應容器，兩端均采用橢圓形封頭。反應器圓筒內反應液的最高工作壓力P=3.0MPa,工作溫度T=50C,反映液密度=1000kg/m3,WW頂部設有爆破片，圓筒內徑D=1000mm，圓筒長度L=4000mm，材料為16MnR，腐蝕i裕量c2=2mm，對接焊縫采用雙面全熔透焊接接頭，且進行100%無損檢測；夾套內為冷2卻水，溫度10C，最高壓力0.4MPa，夾套圓筒內徑

47、D=1100mm，腐蝕裕量c=1mm,i2焊接接頭系數(shù)=0.85。試進行如下設計：確定各設計參數(shù)；計算并確定為保證足夠的強度和穩(wěn)定性，內筒和夾套的厚度；確定水壓試驗壓力，并校核在水壓試驗時，各殼體的強度和穩(wěn)定性是否滿足要求。習題4.21.某壓力容器，內直徑為400mm，以平板為封頭，承受氣體壓力為690kPa,并視封頭周邊為固定。當假定板中的彎曲應力不允許超過82MPa，試求封頭的厚度。取材料的E=2105MPa,=0.3。習題4.22.有一受內壓圓筒形容器，兩端為橢圓形封頭，內徑D=1000mm，設計（計i算）壓力為2.5MPa,設計溫度300C,材料為16MnR,厚度n=14mm，腐蝕裕量C=2mm,n2焊接接頭系數(shù)=0.85；在圓筒和封頭上焊有三個接管（方位見圖4-72），材料均為20號無縫鋼管，接管a規(guī)格為89x6.0,接管b規(guī)格為219x8，接管c規(guī)格為159x6,試問上述開孔結構是否需要補強？習題4.23.具有橢圓形封頭的臥式氯甲烷（可燃液化氣體）儲罐,內徑,厚度,儲罐總長,已知排放狀態(tài)