最新过程设备设计考试题.docx
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最新过程设备设计考试题
2.1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：
（D）
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
2.2通过对最大挠度和最大应力的比较，下列关于周边固支和周边简支的圆平板说法正确的是：
（A）
A.周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支的圆平板
B.周边固支的圆平板仅在刚度方面均优于周边简支的圆平板
C.周边固支的圆平板仅在强度方面均优于周边简支的圆平板
D.周边简支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边固支的圆平板
2.3下列有关受均布外压作用圆筒的失稳情况的叙述，错误的是：
（A）
A.失稳临界压力与材料屈服点无关
B.受均布周向外压的长圆筒的临界压力与L无关
C.很短的圆筒在受均布轴向压缩载荷时将出现对称失稳
D.圆筒的形状缺陷对圆筒的稳定性产生很大影响
2.4下列不属于提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施为：
（D）
A.增加壁厚
B.采用多层圆筒结构，对内筒施加外压
C.自增强处理
D.采用分析设计的方法
2.5下列有关不连续应力的叙述，错误的为：
（C）
A.不连续应力是由于结构不连续引起变形不协调造成的
B.具有局部性与自限性的特征
C.其危害程度比总体薄膜应力大
D.脆性材料制造的壳体对不连续应力十分敏感
2.6下列关于局部载荷说法正确的是：
（B）
A.对管道设备附件设置支架，会增加附件对壳体的影响
B.对接管附件加设热补偿元件，无明显意义
C.压力容器制造中出现的缺陷，会造成较高的局部应力
D.两连接件的刚度差大小与边缘应力无明显关系
2.7外压的短圆筒，失稳时，出现的波形个数为：
（C）
A.两个
B.四个
C.大于两个
D.大于四个
2.8下列关于薄壳应力分析中应用的假设，错误的是：
（D）
A.假设壳体材料连续，均匀，各向同性
B.受载后的形变是弹性小变形
C.壳壁各层纤维在变形后互不挤压
D.壳壁各层纤维在变形后互相挤压
2.9关于薄圆平板的应力特点，下列表述错误的是：
（B）
A.板内为二向应力，切应力可予以忽略
B.正应力沿板厚分布均匀
C.应力沿半径分布与周边支承方式有关
D.最大弯曲应力与（R/t）的平方成正比
2•压力容器应力分析
2.1为降低局部应力，下列结构设计合理的是：
（ABCD）
A.减少两联接件的刚度差
B.尽量采用圆弧过度
C.局部区域补强
D.选择合理的开孔方位
2.2承受内压的薄椭球壳应力的大小与哪些因素有关：
（ABC）
A.内压的大小
B.球壳的壁厚
C.长短轴之比
D.球壳的材料
2.3下列哪些是较常用的实验应力分析方法：
（AC）
A.电测法
B.差分法
C.光弹性法
D.破坏实验
2.4深水容器由于长期工作于水底并承受较大的外压，常会出现以下几种失效方
式：
（ABC）
A.腐蚀
B.泄露
C.失稳
D.脆性断裂
2.5不同结构组合壳的连接边缘处存在有边缘应力，边缘应力的特性有：
（AC）
A.局部性
B.均匀性
C.自限性
D.连续性
2.6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：
（ACD）
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。
2.7下列有关热应力的说法正确的有：
（ABD）
A.热应力随约束程度的增大而增大。
B.热应力于零外载平衡，是由热变形受约束引起的自平衡应力
C.厚壁圆筒径向温度不均匀引起热应力时，在温度高处产生拉伸应力，温度低
处产生压缩应力。
D.热应力具有自限性，屈服流动和高温蠕变可使热应力降低。
2.8下列关于形状缺陷对圆筒稳定性影响说法正确的是：
（ABC）
A.圆筒的形状缺陷主要有不圆和局部区域的折皱，鼓胀或凹陷。
B.在内压作用下，圆筒有消除不圆度的趋势。
C.形状缺陷对内压容器强度的影响不大。
D.形状缺陷对外压容器强度的影响不大。
2.9通过合理地设计结构，可以降低局部应力，例如以下措施正确的有：
（ABCD）
A.减少两连接件的刚度差。
B.尽量采用圆弧过渡。
C.局部区域补强。
D.选择合理的开孔方位。
2.10下列关于厚壁圆筒应力分析正确的是：
（AD）
A.厚壁圆筒的应力分析应采用三向应力分析。
B.厚壁圆筒周向应力沿壁厚分布均匀。
C.厚壁圆筒径向应力沿壁厚分布均匀。
D.内外壁间温差加大，热应力相应增大。
2.11下列哪些是无力矩理论的应用条件：
（ABCD）
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挠度。
2•压力容器应力分析
（错）2.1壳体失稳时的临界压力随壳体材料的弹性模量E、泊松比的增大而增大，
而与其他因素无关。
（错）2.2由于边缘应力出现在不连续处，因此它的危险性远远大于薄膜应力。
（对）2.3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。
（错）2.4对于受内压壳体，其上面各点一定是受到拉应力的作用，而不会受到压应力的作用。
（错）2.5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）2.6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。
（错）2.7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）2.8塑性失效设计准则一般用于应力分布均匀的构件。
（错）2.9外直径与内直径之比2/1.5的圆柱壳体属于薄壁圆筒。
（错）2.10工程上常用的标准椭圆形封头，其a/b为2。
（错）2.11在仅受内压的厚壁圆筒中，轴向应力沿壁厚分布是不均匀的。
（对）2.12周边固支的圆平板在刚度和强度两方面均优于周边简支圆平板。
（错）2.13短圆筒在受外压失稳时，将呈现两个波纹。
2•压力容器应力分析
2.1试述承受均布外压的回转壳破坏的形式，并与承受均布内压的回转壳作比
较，它们有何异同？
1.在内压作用下，这些壳体将产生应力和变形，当此应力超过材料的屈服点，壳体将产生显著变形，直至断裂。
2.壳体在承受均布外压作用时，壳壁中产生压缩薄膜应力，其大小与受相等内压时的拉伸薄膜应力相同。
但此时壳体有两种可能的失效形式：
一种是因强度不足，发生压缩屈服失效；另一种是因刚度不足，发生失稳破坏。
2.2试述影响承受均布外压圆柱壳的临界压力因素有哪些？
为提高圆柱壳弹性
失稳的临界压力，应采用高强材料。
对否，为什么？
对于给定外直径Do和壳壁厚度t的圆柱壳，波纹数和临界压力主要决定于，圆柱壳端部边缘或周向上约束形式和这些约束处之间的距离，即临界压力与圆柱
壳端部约束之间距离和圆柱壳上两个刚性元件之间距离L有关。
临界压力还随
着壳体材料的弹性模量E、泊松比卩的增大而增加。
非弹性失稳的临界压力，还与材料的屈服点有关。
弹性失稳的临界压力与材料强度无关，故采用高强度材料不能提高圆柱壳弹性失稳的临界压力。
2.3两个直径、壁厚和材质相同的圆筒，承受相同的周向均布外压。
其中一个为长圆筒，另一个为短圆筒，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？
2.4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？
对于承受周向外压的圆筒，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LvLcr），或使短圆筒的长度进一步降低，从而提高圆筒的临界压力。
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L/Do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。
2.5试确定和划分短圆筒与刚性圆筒的界限，并导出其临界长度
短圆筒最小临界压力近似计算式：
2.59Et2
对于钢质长圆筒，临界压力计算式为:
对于给定的D和t的圆筒，有一特征长度作为区分n=2的长圆筒和n>2的短圆
筒的界限，此特性尺寸称为临界长度，以Lcr表示。
当圆筒的计算长度L>Lcr时属长圆
筒；当LvLcr时属短圆筒。
如圆筒的计算长度L=Lcr时，上述两式相等即
2.6承受横向均布载荷的圆形薄板，其力学特征是什么？
它的承载能力低于薄壁
壳体的承载能力的原因是什么？
受轴对称均布载荷薄圆板的应力有以下特点
1板内为二向应力6、二札平行于中面各层相互之间的正应力-z及剪力Qr
引起的切应力•均可予以忽略。
2正应力二r、二二沿板厚度呈直线分布，在板的上下表面有最大值，是纯弯
曲应力。
3应力沿半径的分布与周边支承方式有关，工程实际中的圆板周边支承是
介于两者之间的形式。
4薄板结构的最大弯曲应力与（Rt成正比，而薄壳的最大拉（压）应力。
max与Rt成正比，故在相同Rt条件下，薄板的承载能力低于薄壳的承载能力。
2.7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
1.挠度周边固支和周边简支圆平板的最大挠度都在板中心。
周边固支时，最大挠度为
f
max
pR4
64D
周边简支时，最大挠度为
s
Wmax
pR4
八”64D
者之比为
Wax
Wfax1J
对于钢材，将=°.3代入上式得
max
Wmax
50.3
10.3
=4.08
这表明，周边简支板的最大挠度远大于周边固支板的挠度。
2.应力
周边固支圆平板中的最大正应力为支承处的径向应力，其值为
周边简支圆平板中的最大正应力为板中心处的径向应力，其值为
-rm
ax
33川丄？
pR2
8t2
二者的比值为
s
rmax
rmax
对于钢材，将0.3代入上式得
—.65
2
这表明周边简支板的最大正应力大于周边固支板的应力
2.8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？
2.9已知一环板，外周边简支、内周边受均布剪力f,其任意半径处的转角「、挠度W和弯曲应力匚r、匚二表达式均为已知。
现求几何尺寸不变时，内周边简支、外周边受均布剪力f的环板的转角、挠度和应力的表达式。
2.10单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时，其综合应力沿壁厚如何分布？
筒
壁屈服发生在何处？
为什么？
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。
外加热时则相
反，内壁应力恶化，而外壁应力得到很大改善。
（综合应力沿厚壁圆筒分布见课本2.3厚壁圆筒应力分析）
首先屈服点需要通过具体计算得出，可能是任意壁厚上的点。
do-
2.11为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程匸，在弹塑性应力分析中同
dr
样适用？
微元体的平衡方程是从力的平衡角度列出的，不涉及材料的性质参数（如弹性
模量，泊松比），不涉及应力与应变的关系，故在弹塑性应力分析中仍然适用。
2.12一厚壁圆筒，两端封闭且能可靠地承受轴向力，试问轴向、环向、径向三应
力之关系式匚z=二^工,对于理想弹塑性材料，在弹性、塑性阶段是否都成立，
为什么？
成立。
2.13有两个厚壁圆筒，一个是单层，另一个是多层圆筒，二者径比K和材料相
同，试问这两个厚壁圆筒的爆破压力是否相同？
为什么？
不相同。
采用多层圆筒结构，使内层材料受到压缩预应力作用，而外层材料处于拉伸状态。
当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按Lam!
（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，外壁处的总应力有所上升，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，也提高了爆破压力。
2.14预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么？
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。
2.15承受横向均布载荷的圆形薄板，其力学特征是什么？
其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什么？
1•壳体的厚度、曲率及载荷连续，没有突变，构成壳体的材料的物理性能相同。
壳体的厚度发生突变处，曲率突变及开孔处和垂直于壳面的集中载荷作用区域附近，无力矩理论是不适用的。
2•壳体的边界处不受法向力和力矩作用。
3.壳体的边界处约束的支承反力必须作用在经线的切线方向，边界处的变形，
转角与挠度不受到限制。
2.16单层薄壁圆筒同时承受内压Pi和外压Po作用时，能否用压差代入仅受内压或仅受外压的厚壁圆筒筒壁应力计算式来计算筒壁应力？
为什么？
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。
不能。
材料在承受内外压的同时与单独承受时，材料内部的力学形变与应力是不一样的。
例如，筒体在承受相同大小的内外压时，内外压差为零，此时筒壁应
力不等于零。
2.17工程上采取什么措施来减少热应力？
热应力是由温度变化引起的自由膨胀或收缩受到约束所引起的。
要减少热应力从两个方面考虑：
1、减少温度变化；2、减少约束。
要严格控制热壁设备的加热、冷却速度。
必要是要采取保温层措施来减少温度变化。
工程上应尽量避免外部对热变性的约束、设置膨胀节（或柔性元件），同样容器得形状也对约束有关系，球形由于其关于球心完全对称，其膨胀受到容器本身的约束就小的多了。
但由于球形加工的难度，工程上应尽量采用椭球形。
2.18试分别在内压和外压作用下分析圆筒形状缺陷对圆筒稳定性的影响。
试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱壳的临界压力？
提高圆柱壳弹性失稳的
临界压力，采用高强度材料是否正确，为什么？
圆筒的形状缺陷主要有不圆和局部区域中的折皱、鼓胀或凹陷，在内压作用下，圆筒有消除不圆度的趋势，这些缺陷，对内压圆筒强度的影响不大；对于外压圆筒,在缺陷处会产生附加的弯曲应力，使得圆筒中的压缩应力增大，临界压力降低，因此形状缺陷对外压圆筒的影响较大。
2.19求解内压壳体与接管连接处的局部应力有哪几种方法？
（1）应力集中系数法：
a应力集中系数曲线
b.应力指数法
（2）数值计算；
（3）应力测试
2.20圆柱壳除受到介质压力作用外，还有哪些从附件传递来的外加载荷？
除受到介质压力作用外，过程设备还承受通过接管或其它附件传递来的局部载荷，如设备的自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的载荷等。
这些载荷通常仅对附件与设备相连的局部区域产生影响。
此外,在压力作用下，压力容器材料或结构不连续处，如截面尺寸、几何形状突变的区域、两种不同材料的连接处等，也会在局部区域产生附加应力。
2.21组合载荷作用下，壳体上局部应力的求解的基本思路是什么？
试举例说明。
2.22何谓回转壳的不连续效应？
不连续应力有那些重要特征，其中B与（Rt）平方
根两个参数量的物理意义是什么？
由于壳体的总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的的应力增大现象，称为不连续效应”不连续应力具有局部性和自限性两种特性。
2.23单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有那些特征？
当承受的内压很高时，能否仅用增加壁厚来提高承载能力，为什么？
（应力分布特征见课本2.3厚壁圆筒应力分析）
由单层厚壁圆筒的应力分析可知，在内压力作用下，筒壁内应力分布是不均匀的，内壁处应力最大，外壁处应力最小，随着壁厚或径比K值的增大，内外壁
应力差值也增大。
如按内壁最大应力作为强度设计的控制条件，那么除内壁外，其它点处，特别是外层材料，均处于远低于控制条件允许的应力水平，致使大部分筒壁材料没有充分发挥它的承受压力载荷的能力。
同时，随壁厚的增加，K值亦相应增加，但应力计算式分子和分母值都要增加，因此，当径比大到一定程度后，用增加壁厚的方法降低壁中应力的效果不明显。
2.24一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么？
1.假设壳体材料连续、均匀、各向同性；受载后变形是小变形；壳壁各层纤维在变形后互不挤压。
2.所受载荷轴对称。
3.边界条件轴对称。
2.25试分析标准椭圆封头采用长短轴之比a/b=2的原因。
半椭圆形端盖的应力情况不如半球形端盖均匀，但比碟形端盖要好。
对于长短
轴之比为2的椭圆形端盖，从薄膜应力分析来看，沿经线各点的应力是有变化的，顶点处应力最大，在赤道上出现周向应力，但整个端盖的应力分布仍然比较均匀。
与壁厚相等的筒体联接，椭圆形端盖可以达到与筒体等强度，边缘附近的应力不比薄膜应力大很多，这样的联接一般也不必考虑它的不连续应力。
对于长短半轴之比为2的椭圆形端盖，制造也容易，因此被广泛采用，称为标准椭圆盖。
2.26推导无力矩理论的基本方程时，在微元截取时，能否采用两个相邻的垂直
于轴线的横截面代替教材中于经线垂直、同壳体正交的圆锥面？
为什么？
在理论上是可以的.微元体的取法不影响应力分析的结果，但对计算过程的复杂程度有很大影响。
2.27单层厚壁圆筒承受内压时，其应力分布有那些特征？
当承受内压很高时，能
否仅增加壁厚来提高承载能力？
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