陕西科技大学过设考试.docx

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陕西科技大学过设考试

一，不定项选择题，20分

1，在厚壁圆筒中，如果由内压引起的应力与温差所引起的热应力同时存在，下列说法正确的是：

（）

A.内加热情况下内壁应力和外壁应力都有所恶化

B.内加热情况下内壁应力和外壁应力都得到改善

C.内加热情况下内壁应力有所恶化，而外壁应力得到改善

D.内加热情况下内壁应力得到改善，而外壁应力有所恶化

2，下列不属于压力容器焊接结构的设计应遵循的原则的是：

（）

A.尽量采用对接接头结构，不允许产生未熔透缺陷

B.尽量采用全熔透的结构，不允许产生未熔透缺陷

C.尽量减少焊缝处的应力集中

D.尽量选用好的焊接材料

3，同一承载能力下，仅受内压作用的圆筒按哪种计算方法计算的壁厚最薄：

（）A.中径公式

B.最大拉应力准则 

C.形状改变比能准则

D.最大切应力准则

4.下列有关压力容器密封装置的叙述错误的是：

（）

A.螺栓法兰连接结构是一种可拆密封结构，由法兰、螺栓和垫片组成。

B.根据获得密封比压力的不同，密封可分为强制式密封和自紧式密封，高压容器尽可能采用自紧式密封。

C.垫片密封基本宽度与压紧面的形状无关，取垫片的实际宽度。

D.形成初始密封条件时垫片单位面积上所受的最小压紧力，称为“垫片比压力”。

5.下列哪些是无力矩理论的应用条件：

（）

  A .壳体的厚度、中面曲率和载荷连续，没有突变；

  B.构成壳体的材料的物理性能相同；

  C.壳体的边界处不受横向剪力、弯矩和扭矩的作用；

  D.壳体的边界处的约束沿经线的切线方向，不得限制边界处的转角与饶度。

6，承受内压的薄椭球壳应力的大小与哪些因素有关：

（  ）

  A.内压的大小 

  B.球壳的壁厚

  C.长短轴之比 

  D.球壳的材料

7，内压作用下，下列关于单层厚壁圆筒中应力分部规律的表述正确的有：

（  ）

  A.周向应力及轴向应力均为拉应力，径向应力为压应力。

  B.内壁径向应力绝对值最大，而内壁的周向应力最小。

  C.轴向应力为一常量，沿壁厚均匀分布，且为周向应力与径向应力和的一半。

  D.除轴向应力外，其他应力沿厚度的不均匀程度与径比K有关，K值愈大不均匀程度愈大。

8，下列关于压力容器常用钢材形状说法正确的是：

（）

A.圆筒一般由钢板卷焊而成，钢板通过冲压或旋压可制成封头等。

B.压力容器的接管，换热管等常用无缝钢管制造。

C.中国压力容器锻件标准中，将锻件分为四个级别，级别高价格低。

D.压力容器的平盖常用钢板制造。

9，压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构，主要有：

（  ）

  A.补强圈补强  

  B.厚壁接管补强 

  C.整锻件补强  

  D.增加壳体壁厚补强

10，压力容器封头较多，下列叙述正确的有：

（）

  A.凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、球冠形封头和锥壳。

  B.由筒体与封头连接处的不连续效应产生的应力增强影响以应力增强系数的形式引入厚度计算式。

  C.半球形封头受力均匀，因其形状高度对称，整体冲压简单。

  D.椭圆形封头主要用于中、低压容器。

二，判断题，10分。

1 ，压力容器主要是由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。

2， 压力容器在生产工艺过程中的作用可分为：

反应压力容器，换热压力容器，分离压力容器，储存压力容器。

其中反应压力容器最危险，而储存压力容器最安全。

3，内加热情况下内壁应力叠加后得到改善，而外壁应力有所恶化。

外加热情况下则刚好相反，内壁应力恶化，而外壁应力得到很大改善。

4，  压力容器爆破实验中，椭圆形封头和容器连接处有应力集中现象，所以爆破口一般会出现在接头处。

5，经过冷加工塑性变形的碳素钢、低合金钢，在室温下停留较长时间或在较高温度下停留一定时间后，会出现屈服点和抗拉强度提高，塑性和韧性降低的现象，称为应变时效。

 6， 检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹变形、腐蚀等缺陷产生,所以,所有壳体上必须开设检查孔。

7，当开孔直径超过标准允许的开孔范围时，对于内压容器，不能采用等面积补强法进行计算。

8，使用余热锅炉能够提高热能总利用率，节约一次能源消耗。

 9，通过增加管程流量或增加横流速度可以改变卡曼漩涡频率，从而消除散热器的振动。

10， 所谓的高温容器是指工作温度在材料蠕变温度以上。

三，问答题。

10分

1，承受周向压力的圆筒，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？

2，什么叫设计压力？

液化气体储存压力容器的设计压力如何确定？

3，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？

四，绘图题。

30分

1，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，并做一定说明；在上述厚度中，满足强度（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？

为什么？

 2，承受横向均布载荷作用的圆平板，试比较周边简支和固支情况下，圆板中的最大弯曲应力和挠度的大小和位置，并画出各自的应力分布图。

3，自选一种换热器，绘制出大致结构并做一定的标注说明。

五，计算题。

30分

1，一单层厚壁圆筒，承受内压力

＝40MPa时，测得（用千分表）筒壁外表面的径向位移

＝0.45mm，圆筒外直径

=1000mm，E=

MPa，

＝0.3。

试求圆筒内外壁面应力值。

2， 一穿流式泡沫塔其内径为1500mm，塔板上最大液层为800mm（液体密度为1.5 kg/ ），塔板厚度为6mm，材料为低碳钢（E＝2MPa，u＝0.3）。

周边支承可视为简支，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？

3，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锥形壳中的最大周向、经向薄膜应力及相应位置。

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。

一，填空题（24分，每题3分）

1，压力容器的基本组成为，各部分的作用分别为

2，压力容器按压力等级分类可分为，按在生产中所起的作用来分可分为，按安装方式分类可以分为，

3，填料的两大类为和。

填料的选型的3个决定性能参数是

，换热管与管板的3种连接方式是。

4，开孔时必须需要补强的原因是

压力容器的补强结构有。

5，边缘效应或不连续效应是指

，不连续应力的特性是。

6，一次应力是

，其基本特性是，二次应力是指

，峰值应力是指

。

7，无力矩理论的概念是

，其两个基本方程是，数学表达式分别为和。

无力矩理论的使用条件是

。

8，压力容器的设计准则有

，它们与压力容器失效形式的关系是

，压力容器设计时，设计压力是指

。

二，问答题（24分，每题4分）

1，换热设备有哪几种主要形式？

2，列举热应力的4个特点。

3，塔设备振动的原因有哪些？

如何预防振动？

4，预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？

5压力容器用钢有哪些基本要求？

影响压力容器钢材性能的环境因素主要有哪些？

6，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？

三，绘图题。

（22分）

1，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（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？

为什么？

（5分）

2，绘制出承受横向均布载荷圆平板的应力分布图（分周向固支和周向简支）（5分）

3，绘制仅受内压作用时厚壁圆筒应力分布图（3分）绘制仅受外压作用时厚壁圆筒应力分布图（3分）

4，画图示意出板式换热器中流体的流动方向。

（注明热流体和冷流体）。

（6分）

四，计算题（30分）

1.有一圆板，半径R=800mm，板厚=50mm，板面上承受横向均布载荷p=5MPa，按要求求板的最大挠度和应力（取板材的E=3×105MPa，μ=0.3），并将计算结果做理论分析比较（10分）

（1）该圆板为周向固支（画出应力分布图）

（2）该圆板为周向简支（画出应力分布图）

2，一内压容器，设计（计算）压力为1.85MPa，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、低合金钢有轻微腐蚀，腐蚀速率K≤0.1mm/a，设计寿命B=20年。

16MnR作为圆筒材料，计算圆筒厚度。

腐蚀余量取2mm,设计温度下材料的许用应力为189MPa.（8分）

3，今欲设计一台乙烯精馏塔。

已知该塔内径Di=700mm，厚度δn=8mm，材料选用16MnR，计算压力pc=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。

钢板为6~16mm时，16MnR的[σ]t=189MPa，σs=345MPa，C1=0.8mm，C2=2.0mm，φ=1.0（12分）

一，填空题。

30分，每题3分。

1,过程设备的基本要求有（

）.压力容器主要由（）组成。

各组成部分作用分别为（

）。

2，一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是（

），回转壳的不连续效应是指（

），不连续应力有（）和（）两个特性。

3，厚壁圆筒微元体的平衡方程（），在弹塑性应力分析中是否适用?

（）,理由是（）。

4，压力容器用钢的基本要求是（

）,影响压力容器钢材性能的环境因素主要有（）.压力容器选材应考虑的因素有（

）。

5，压力容器的设计文件应包括（

），压力容器设计准则有（

），它们和压力容器失效形式的关系是（

）。

6，薄壁圆筒和厚壁圆筒的划分方法是（

）。

椭圆形封头、碟形封头设置直边段的原因是（

），压力容器设计中设计压力指（

）.

7,安全阀的作用是（

）,爆破片作用是（

），与安全阀相比，它有两个特点：

（

）。

8，一次应力是指（

），二次应力是指（

），峰值应力是指（

。

它们的基本特征分别是（）、（）、（）。

9. “扁塌”现象的原因是（

），防止现象产生的措施为（

。

10.换热设备按换热设备热传递原理或传热方式进行分类，可分为（

），间壁式换热器有（），换热管与管板的连接方式有（）。

二，简答题，20分。

1，压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？

压力容器接管补强结构主要有哪几种形式？

试画图说明。

2，对于外压圆筒，只要设置加强圈就可提高其临界压力。

对否，为什么？

采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。

对否，为什么？

3，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

？

4，塔设备振动的原因有哪些？

如何预防？

5，在什么情况下，可以优先选用填料塔？

在什么情况下，可以优先选用板式塔？

三，绘图题。

20分

1，,绘制仅受内压作用时厚壁圆筒应力分布图，并做出说明。

5分

2，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挠度的大小和位置。

并画出应力分布图。

5分

3，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（刚度、稳定性）及使用寿命要求的最小厚度是哪一个？

为什么？

5分

4，画出一换热器设备的示意图，5分

四，计算题，30分

1．有一圆筒，内径为1200mm，厚度为12mm，长度为15m，材料为20R（Rm＝400MPa，ReL＝245MPa，E＝2×105MPa，μ=0.3）。

①在承受周向外压时，求其临界压力pcr。

。

②在承受内压时，求其爆破压力pb，并比较其结果。

若将长度改为2m，再进行计算。

2．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锥形壳中的最大周向、经向薄膜应力及相应位置。

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。

浙江大学2003—2004学年第2学期期末考试

《过程设备设计》课程试卷

开课学院：

材化学院任课教师：

郑津洋

姓名：

专业：

学号：

考试时间：

分钟

题序

一

二

三

四

五

六

┄

总分

评阅人

得分

一、判断题（判断对或者错，错的请简要说明理由，每题2分，共16分）

１　脆性断裂的特征是断裂时容器无明显塑性变形，断口齐平，并与轴向平行，断裂的速度快，常使容器断裂成碎片。

　　　　　　　　　　　　　　（错误，断口应与最大主应力方向平行）

２　有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量　　　　　　　（错，有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差）

３　钢材化学成分对其性能和热处理有较大影响，提高含碳量可使其强度和可焊性增加。

（错误，提高含碳量可能使强度增加，但可焊性变差，焊接时易在热影响区出现裂纹）

４　压力容器一般由筒体、封头、开孔与接管、支座以及安全附件组成。

（错，缺密封装置）

５　盛装毒性程度为高度危害介质的容器制造时，容器上的焊接接头应进行100%射线或超声检测。

（对）

６　承受均布载荷时，周边简支圆平板和周边固支圆平板的最大应力都发生在支承处。

（错周边简支发生在中心处）

７　筒体是压力容器最主要的受压元件之一，制造要求高，因此筒体的制造必须用钢板卷压成圆筒并焊接而成。

（错，也可以用锻造筒节、绕带筒体等）

８　检查孔是为了检查压力容器在使用过程中是否有裂纹、变形、腐蚀等缺陷产生，所有压力容器必须开设检查孔。

　　　（错，在一定条件下，可以不开检查孔）

二、选择题（答案有可能多余于一个，每题2分,共16分）

1《容规》适用于同时具备下列哪些条件的压力容器　　　　　　　　　　（ABCD）

A最高工作压力大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；

B内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m；

C容积（V）大于等于0.025m3；

D盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。

2下列关于热应力的说法哪些不正确　　　　　　　　　　　　　　　　　　（AD）

A热应力随约束程度的增大而减小

B热应力与零外载相平衡，不是一次应力

C热应力具有自限性，屈服流动或高温蠕变可使热应力降低

D热应力在构件内是不变的

3下列说法中，正确的有　　　　　　　（BCD）

A单层厚壁圆筒同时承受内压Pi和外压Po时，可用压差简化成仅受内压的厚壁圆筒。

B承受内压作用的厚壁圆筒，内加热时可以改善圆筒内表面的应力状态。

C减少两连接件的刚度差，可以减少连接处的局部应力。

D在弹性应力分析时导出的厚壁圆筒微体平衡方程，在弹塑性应力分析中

仍然适用。

4下列关于压力容器的分类错误的是　　　　　　　　　　　　　　　　　（AC）

A　内装高度危害介质的中压容器是第一类压力容器。

B　低压搪玻璃压力容器是第二类压力容器。

C　真空容器属低压容器。

D　高压容器都是第三类压力容器。

5下列对GB150，JB4732和JB/T4735三个标准的有关表述中，正确的有　（CEF）

A　当承受内压时，JB4732规定的设计压力范围为

.

B　GB150采用弹性失效设计准则，而TB/T4735采用塑性失效设计准则。

C　GB150采用基于最大主应力的设计准则，而JB4732采用第三强度理论。

D　需做疲劳分析的压力容器设计，在这三个标准中，只能选用GB150.

E　GB150的技术内容与ASME

—1大致相当，为常规设计标准；而JB4732基本思路与ASME

—2相同，为分析设计标准。

F　按GB150的规定，低碳钢的屈服点及抗拉强度的材料设计系数分别大于等于1.6和3.0。

6　下列关于椭圆形封头说法中正确的有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ABD）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A　封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，应力分布比较均匀

B　封头深度较半球形封头小的多，易于冲压成型

C　椭圆形封头常用在高压容器上

D　直边段的作用是避免封头和圆筒的连接处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。

7　下列关于二次应力说法中错误的有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ABD）

A　二次应力是指平衡外加机械载荷所必需的应力。

B　二次应力可分为总体薄膜应力、弯曲应力、局部薄膜应力。

C　二次应力是指由相邻部件的约束或结构的自身约束所引起的正应力或切应力。

D　二次应力是局部结构不连续性和局部热应力的影响而叠加到一次应力之上的应力增量。

8下列说法中，错误的有　　　　　　　　　　（C）

A　相同大小的应力对压力容器失效的危害程度不一定相同。

B　设计寿命为10年、操作周期为2小时的压力容器应按分析设计标准设计。

C　校核一次加二次应力强度的目的是防止压力容器发生过度弹性变形。

D　压缩应力不需要进行应力分类限制。

三、简答题（每题5分，共40分）

1　简述爆破片的作用，并与安全阀相对比，简述其特点

答：

爆破片是一种断裂型安全泄放装置，它个爆破片在标定爆破压力下即发生断裂来达到泄压目的，泄压后爆破片不能继续有效使用，容器也就被迫停止运行。

与安全阀相比，它有两个特点：

一是密闭性能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄压反应迅速。

２　压力容器设计时为什么必须要考虑开孔的补强问题？

压力容器接管补强结构主要有哪几种形式？

试画图说明。

答：

（1）开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。

（2）补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强。

补强圈补强厚壁接管补强

整锻件补强

３　简述短期静载下温度对钢材力学性能的影响。

答：

高温下，低碳钢的弹性模量和屈服点随温度升高而降低，而抗拉强度先随温度升高而升高，但当温度达到一定值时反而很快下降。

低温下，随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降低。

但并不是所有金属都会低温变脆。

一般说来，具有体心立方晶格的金属，都会低温变脆，而面心立方晶格材料不会。

４　对于外压圆筒，只要设置加强圈就可提高其临界压力。

对否，为什么？

采用的加强圈愈多，圆筒所需厚度就愈薄，故经济上愈合理。

对否，为什么？

答：

对于承受外压的圆筒，短圆筒的临界压力比长圆筒的高，且短圆筒的临界压力与其长度成反比。

故可通过设置合适间距的加强圈，使加强圈和筒体一起承受外压载荷，并使长圆筒变为短圆筒（加强圈之间或加强圈与筒体封头的间距L

若设置的加强圈不能使长圆筒变为短圆筒（L≥Lcr）,则所设置的加强圈并不能提高圆筒的临界压力。

设置加强圈将增加制造成本；而且，当

很小时，短圆筒可能变为刚性圆筒，此时圆筒的失效形式已不是失稳而是压缩强度破坏，此时再设置额外的加强圈已无济于事。

因此，加强圈的数量并不是越多越好，应当设计合理的间距。

５　预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？

答：

通过压缩预应力，使内层材料受到压缩而外层材料受到拉伸。

当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成，内壁处的总应力有所下降，外壁处的总压力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布，从而提高圆筒的初始屈服压力。

６　什么是不连续效应？

并简述局部应力产生的原因。

答：

不连续效应就是由于容器总体结构的不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的应力增大现象，称为不连续效应。

产生原因：

由几种简单的壳体组成的壳体，在两壳体的连接处，若把两壳体作为自由体，即在内压作用下自由变形，在连接处的薄膜位移一般不相等，而实际上这两个壳体是连接在一起的，即两壳体在连接处的转角和位移必须相等。

这样在两个壳体连接处附近形成一种约束，迫使连接处壳体发生局部的弯曲变形，在连接边缘产生了附加的边缘力和边缘力矩及抵抗这种变形的局部应力

７　什么是焊接应力？

减少焊接应力有什么措施？

答：

焊接应力是指焊接过程中由于局部加热导致焊接件产生较大的温度梯度，因而在焊件内产生的应力。

为减少焊接应力和变形，应从设计和焊接工艺两个方面采取措施，如尽量减少焊接接头的数量，相等焊缝间应保持足够的间距，尽可能避免交叉，焊缝不要布置在高应力区，避免出现十字焊缝，焊前预热等等）

８　为什么要控制压力容器钢中的磷、硫含量？

答：

硫和磷是钢中最主要的有害元素。

硫能促进非金属夹杂物的形成，使塑性和韧性降低。

磷能提高钢的强度，但会增加钢的脆性，特别是低温脆性。

将硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高钢材的纯净度，可提高钢材的韧性、抗中子辐射脆化能力，改善抗应变时效性能、抗回火脆化性能和耐腐蚀性能。

四、试推导内压薄壁球壳的厚度计算公式。

（10分）

答：

根据平衡条件，其轴向受的外力

必与轴向内力

相等。

对于薄壳体，可近似认为内直径

等与壳体的中面直径D

=

由此得

由强度理论知

<=

用

，

代入上式，经化简得

由上式可得

五、计算题（共８分）

一单层厚壁圆筒，承受内压力pi＝36Mpa，测得（用千分表）筒壁外表面的径向位移w0＝0.365mm，圆筒外直径D0＝980mm，E＝2×10Mpa，μ＝0.3。

试求圆筒内外壁面的应力值。

解：

据拉美公式，易知圆筒外壁处径向应力为零，即

外壁处径向位移为wo，据变形几何关系，可得外壁处的周向应变为

……①

据广义胡克定律，外壁处的周向应变又可表示为

……②

据拉美公式，可得内压圆筒外壁处的周向应力和轴向应力分别为

……③

联立①②③，得

化简上式并代入相应的值，得

因此，据拉美公式，可得该圆筒内外壁面处应力

《过程设备设计》复习题

一、填空题

1．GB150《钢制压力容器》属于标准，该标准适合于压力不大于MPa的钢制压力容器的设计。

2．设计压力容器时，通常需要考虑的载荷工况包括、

和三种。

3．法兰按照其所连接的部件分为容器法兰和管道法兰两类。

4．压力容器设计的基本要求是　　　与的统一。

5．压力容器常见的封头形式有　　　、　　和　　　　等。

6．压力容器是典型的由和　　　组合而成的焊接结构。

7．壳体承受均布外压作用时有和　　两种可能的失效形式。

8．一圆筒内径Di=1000mm,厚度t=10mm,内压为1MPa则其轴向应力为　　　　　。

9．一圆筒内径Di=1000mm,厚度t=10mm,内压为1MPa则其周向应力为　　　　　。

10．压力容器在作用下易疲劳断裂。

11．密封装置的失效形式主要表现为　　　　　　。

12．一次应力的基本特征是。

13．不连续应力的基本特征是和。

14．压力容器的补强结构有、和

三种形式。

15．交变应力可以用、、等特征参量来表示。

16．焊接接头系数表示与的比值，反映容器强度受削弱的程度。

储存介质的密度将直接影响罐体及其。

17．球形储罐按组合方式分为、和三种。

要强化传热过程