過程設(shè)備設(shè)計(jì)(第三版鄭津洋)答案

1、思考題1壓力容器導(dǎo)言1.1  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？ 我國壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程根據(jù)整體危害水平對(duì)壓力容器進(jìn)行分類。壓力容器破裂爆炸時(shí)產(chǎn)生的危害愈大，對(duì)壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求也愈高。 設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，依據(jù)化學(xué)介質(zhì)的最高容許濃度，我國將化學(xué)介質(zhì)分為極度危害（級(jí)）、高度危害（級(jí)）、中度危害（級(jí)）、輕度危害（級(jí)）等四個(gè)級(jí)別。介質(zhì)毒性程度愈高，壓力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈嚴(yán)重。壓力容器盛裝的易燃介質(zhì)主要指易燃?xì)怏w或液化氣體，盛裝易燃介質(zhì)的壓力容器發(fā)生泄漏或爆炸時(shí)，往往會(huì)引起火災(zāi)或二次爆炸，造成更為嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損

2、失和人員傷亡。 因此，品種相同、壓力與乘積大小相等的壓力容器，其盛裝介質(zhì)的易燃特性和毒性程度愈高，則其潛在的危害也愈大，相應(yīng)地，對(duì)其設(shè)計(jì)、制造、使用和管理也提出了更加嚴(yán)格的要求。例如，Q235-B鋼板不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器；盛裝毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器制造時(shí)，碳素鋼和低合金板應(yīng)逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)，整體必須進(jìn)行焊后熱處理，容器上的A、B類焊接接頭還應(yīng)進(jìn)行100射線或超聲檢測(cè)，且液壓試驗(yàn)合格后還應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。而制造毒性程度為中度或輕度的容器，其要求要低得多。又如，易燃介質(zhì)壓力容器的所有焊縫均應(yīng)采用全熔透結(jié)構(gòu)1.2  壓力容器主要由哪幾

3、部分組成？分別起什么作用？筒體：壓力容器用以儲(chǔ)存物料或完成化學(xué)反應(yīng)所需要的主要壓力空間，是壓力容器的最主要的受壓元件之一； 封頭：有效保證密封，節(jié)省材料和減少加工制造的工作量； 密封裝置：密封裝置的可靠性很大程度上決定了壓力容器能否正常、安全地運(yùn)行； 開孔與接管：在壓力容器的筒體或者封頭上開設(shè)各種大小的孔或者安裝接管，以及安裝壓力表、液面計(jì)、安全閥、測(cè)溫儀等接管開孔，是為了工藝要求和檢修的需要。 支座：壓力容器靠支座支承并固定在基礎(chǔ)上。 安全附件：保證壓力容器的安全使用和工藝過程的正常進(jìn)行。1.3 容規(guī)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

4、分類？壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程依據(jù)整體危害水平對(duì)壓力容器進(jìn)行分類，若壓力容器發(fā)生事故時(shí)的危害性越高，則需要進(jìn)行安全技術(shù)監(jiān)督和管理的力度越大，對(duì)容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、使用和管理的要求也越高。 壓力容器所蓄能量與其內(nèi)部介質(zhì)壓力和介質(zhì)體積密切相關(guān)：體積越大，壓力越高，則儲(chǔ)藏的能量越大，發(fā)生破裂爆炸時(shí)產(chǎn)生危害也越大。 因此，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)，不僅要根據(jù)壓力的高低，還要視壓力與容積的乘積pV大小進(jìn)行分類。1.4  容規(guī)與GB150的適用范圍是否相同？為什么？壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程與GB150適用范圍的相異之處見下表：項(xiàng) 目壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程GB1

5、50壓 力最高工作壓力Pw 0.1MPa，且Pw < 100MPa設(shè)計(jì)壓力Pd 0.1MPa，或真空度0.02MPa；且Pd 35MPa溫 度未作規(guī)定Td ： 196材料蠕變溫度幾何尺寸內(nèi)徑Di0.15m，容積V0.025m3內(nèi)徑Di0.15m介 質(zhì)氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體未作規(guī)定是否適用于需作疲勞分析的容器適用不適用材 料鋼，鑄鐵和有色金屬鋼容器安裝方式固定式，移動(dòng)式固定式1.5 GB150、JB4732和JB/T4735三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有何不同？它們的適用范圍是什么？ GB150：鋼制壓力容器中國第一部壓力容器國家標(biāo)準(zhǔn)，適用于壓力不大于35Mpa的鋼制壓力

6、容器的設(shè)計(jì)，制造，檢驗(yàn)和驗(yàn)收。設(shè)計(jì)溫度根據(jù)鋼材允許的溫度確定。以彈性失效和失穩(wěn)失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。只是用于固定的承受載荷的壓力容器 JB4732：鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是分析設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，適用壓力低于100Mpa。設(shè)計(jì)溫度以鋼材儒變控制設(shè)計(jì)應(yīng)力的相應(yīng)溫度。采用塑性失效，失穩(wěn)失效，疲勞失效為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 JB/T4735：鋼制焊接常壓容器屬于常規(guī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。適用壓力-0.02Mpa0.1Mpa的低壓容器。不適用于盛裝高度毒性或極度危害介質(zhì)的容器。采用彈性失效和失穩(wěn)失效準(zhǔn)則1.6  過程設(shè)備的基本要求有哪些？要求的因素有哪些？ 安全可靠 滿足過程要求 綜合經(jīng)濟(jì)性好 易于操作、維護(hù)和控制

7、優(yōu)良的環(huán)境性能 (具體內(nèi)容參照課本緒論)1.7  在我們做壓力容器爆破實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，容器首先破壞的地方一般在離封頭與筒體連接處一段距離的地方，而并非處于理論上應(yīng)力集中的連接處的地方，請(qǐng)問原因何在？理論上應(yīng)力集中的地方，是假設(shè)材料在彈性區(qū)域內(nèi)計(jì)算出來的，而壓力容器破壞時(shí)材料已經(jīng)處于塑性區(qū)域，不再滿足彈性理論的條件，而應(yīng)力按照塑性規(guī)律重新分布，此時(shí)應(yīng)力最大的地方已經(jīng)不再是連接處的地方。所以首先破壞不在離連接處而是處于封頭與筒體連接處一段距離的地方。2壓力容器應(yīng)力分析2.1  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)殼作比較，它們有何異同？ 1

8、.在內(nèi)壓作用下，這些殼體將產(chǎn)生應(yīng)力和變形，當(dāng)此應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)，殼體將產(chǎn)生顯著變形，直至斷裂。 2.殼體在承受均布外壓作用時(shí)，殼壁中產(chǎn)生壓縮薄膜應(yīng)力，其大小與受相等內(nèi)壓時(shí)的拉伸薄膜應(yīng)力相同。但此時(shí)殼體有兩種可能的失效形式：一種是因強(qiáng)度不足，發(fā)生壓縮屈服失效；另一種是因剛度不足，發(fā)生失穩(wěn)破壞。2.2  試述影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力因素有哪些？為提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力，應(yīng)采用高強(qiáng)材料。對(duì)否，為什么？ 對(duì)于給定外直徑Do和殼壁厚度t的圓柱殼，波紋數(shù)和臨界壓力主要決定于，圓柱殼端部邊緣或周向上約束形式和這些約束處之間的距離，即臨界壓力與圓柱殼端部約束之間距離和圓柱

9、殼上兩個(gè)剛性元件之間距離L有關(guān)。臨界壓力還隨著殼體材料的彈性模量E、泊松比的增大而增加。非彈性失穩(wěn)的臨界壓力，還與材料的屈服點(diǎn)有關(guān)。 彈性失穩(wěn)的臨界壓力與材料強(qiáng)度無關(guān)，故采用高強(qiáng)度材料不能提高圓柱殼彈性失穩(wěn)的臨界壓力。2.3  兩個(gè)直徑、壁厚和材質(zhì)相同的圓筒，承受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，圓筒中周向壓應(yīng)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(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？2.4  承受周向壓力的圓筒，只要設(shè)置加強(qiáng)圈均可提高其臨界壓力。對(duì)否，

10、為什么？且采用的加強(qiáng)圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟(jì)上愈合理。對(duì)否，為什么？  對(duì)于承受周向外壓的圓筒，短圓筒的臨界壓力比長圓筒的高，且短圓筒的臨界壓力與其長度成反比。故可通過設(shè)置合適間距的加強(qiáng)圈，使加強(qiáng)圈和筒體一起承受外壓載荷，并使長圓筒變?yōu)槎虉A筒（加強(qiáng)圈之間或加強(qiáng)圈與筒體封頭的間距L<Lcr），或使短圓筒的長度進(jìn)一步降低，從而提高圓筒的臨界壓力。若設(shè)置的加強(qiáng)圈不能使長圓筒變?yōu)槎虉A筒（LLcr）,則所設(shè)置的加強(qiáng)圈并不能提高圓筒的臨界壓力。  設(shè)置加強(qiáng)圈將增加制造成本；而且，當(dāng)L/Do 很小時(shí)，短圓筒可能變?yōu)閯傂詧A筒，此時(shí)圓筒的失效形式

11、已不是失穩(wěn)而是壓縮強(qiáng)度破壞，此時(shí)再設(shè)置額外的加強(qiáng)圈已無濟(jì)于事。因此，加強(qiáng)圈的數(shù)量并不是越多越好，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)合理的間距。2.5 試確定和劃分短圓筒與剛性圓筒的界限，并導(dǎo)出其臨界長度短圓筒最小臨界壓力近似計(jì)算式：對(duì)于鋼質(zhì)長圓筒，臨界壓力計(jì)算式為： 對(duì)于給定的D和t的圓筒，有一特征長度作為區(qū)分n=2的長圓筒和n>2的短圓筒的界限，此特性尺寸稱為臨界長度，以Lcr表示。當(dāng)圓筒的計(jì)算長度L>Lcr時(shí)屬長圓筒；當(dāng)L<Lcr時(shí)屬短圓筒。如圓筒的計(jì)算長度L=Lcr時(shí)，上述兩式相等即得   2.6 承受橫向均布載荷的圓形薄板，其力學(xué)特征是什么？它

12、的承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因是什么？受軸對(duì)稱均布載荷薄圓板的應(yīng)力有以下特點(diǎn)板內(nèi)為二向應(yīng)力、。平行于中面各層相互之間的正應(yīng)力及剪力引起的切應(yīng)力均可予以忽略。正應(yīng)力、沿板厚度呈直線分布，在板的上下表面有最大值，是純彎曲應(yīng)力。應(yīng)力沿半徑的分布與周邊支承方式有關(guān)，工程實(shí)際中的圓板周邊支承是介于兩者之間的形式。  薄板結(jié)構(gòu)的最大彎曲應(yīng)力與成正比，而薄殼的最大拉（壓）應(yīng)力與成正比，故在相同條件下，薄板的承載能力低于薄殼的承載能力。2.7  承受橫向均布載荷作用的圓平板，試比較周邊簡支和固支情況下，圓板中的最大彎曲應(yīng)力和撓度的大小和位置1.撓度 周邊固支和周

13、邊簡支圓平板的最大撓度都在板中心。周邊固支時(shí)，最大撓度為                                       周邊簡支時(shí)，最大撓度為     &#

14、160;             二者之比為對(duì)于鋼材，將代入上式得 這表明，周邊簡支板的最大撓度遠(yuǎn)大于周邊固支板的撓度。 2.應(yīng)力 周邊固支圓平板中的最大正應(yīng)力為支承處的徑向應(yīng)力，其值為                        

15、60;                      周邊簡支圓平板中的最大正應(yīng)力為板中心處的徑向應(yīng)力，其值為                       

16、0;                 二者的比值為對(duì)于鋼材，將代入上式得這表明周邊簡支板的最大正應(yīng)力大于周邊固支板的應(yīng)力。2.8  承受周向壓力的圓筒，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)圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟(jì)上愈合理。對(duì)否，為什么？2.9  已知一環(huán)板，外周邊簡支、內(nèi)周邊受均布剪力f，其任意半徑處的轉(zhuǎn)角、撓度和彎曲應(yīng)力、表達(dá)式均為已知?，F(xiàn)求幾何尺寸不

17、變時(shí)，內(nèi)周邊簡支、外周邊受均布剪力的環(huán)板的轉(zhuǎn)角、撓度和應(yīng)力的表達(dá)式。2.10  單層厚壁圓筒在內(nèi)壓與溫差同時(shí)作用時(shí)，其綜合應(yīng)力沿壁厚如何分布？筒壁屈服發(fā)生在何處？為什么？  內(nèi)加熱情況下內(nèi)壁應(yīng)力疊加后得到改善，而外壁應(yīng)力有所惡化。外加熱時(shí)則相反，內(nèi)壁應(yīng)力惡化，而外壁應(yīng)力得到很大改善。（綜合應(yīng)力沿厚壁圓筒分布見課本2.3厚壁圓筒應(yīng)力分析）   首先屈服點(diǎn)需要通過具體計(jì)算得出，可能是任意壁厚上的點(diǎn)。2.11為什么厚壁圓筒微元體的平衡方程，在彈塑性應(yīng)力分析中同樣適用？  微元體的平衡方程是從力的平衡角度列出的，

18、不涉及材料的性質(zhì)參數(shù)（如彈性模量，泊松比），不涉及應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，故在彈塑性應(yīng)力分析中仍然適用。2.12一厚壁圓筒，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，對(duì)于理想彈塑性材料，在彈性、塑性階段是否都成立，為什么？  成立。2.13  有兩個(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？  不相同。采用多層圓筒結(jié)構(gòu)，使內(nèi)層材料受到壓縮預(yù)應(yīng)力作用，而外層材料處于拉伸狀態(tài)。當(dāng)厚壁圓筒承受工作壓力時(shí)，筒壁內(nèi)的應(yīng)力分布由按Lamè（拉美）公式確定的

19、彈性應(yīng)力和殘余應(yīng)力疊加而成。內(nèi)壁處的總應(yīng)力有所下降，外壁處的總應(yīng)力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的應(yīng)力分布。從而提高圓筒的初始屈服壓力，也提高了爆破壓力。2.14預(yù)應(yīng)力法提高厚壁圓筒屈服承載能力的基本原理是什么？  通過壓縮預(yù)應(yīng)力，使內(nèi)層材料受到壓縮而外層材料受到拉伸。當(dāng)厚壁圓筒承受工作壓力時(shí)，筒壁內(nèi)的應(yīng)力分布由按拉美公式確定的彈性應(yīng)力和殘余應(yīng)力疊加而成，內(nèi)壁處的總應(yīng)力有所下降，外壁處的總壓力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的應(yīng)力分布，從而提高圓筒的初始屈服壓力。2.15承受橫向均布載荷的圓形薄板，其力學(xué)特征是什么？其承載能力低于薄壁殼體的承載能力的原因是什么？ 

20、60;殼體的厚度、曲率及載荷連續(xù)，沒有突變，構(gòu)成殼體的材料的物理性能相同。殼體的厚度發(fā)生突變處，曲率突變及開孔處和垂直于殼面的集中載荷作用區(qū)域附近，無力矩理論是不適用的。  殼體的邊界處不受法向力和力矩作用。  殼體的邊界處約束的支承反力必須作用在經(jīng)線的切線方向，邊界處的變形，轉(zhuǎn)角與撓度不受到限制。2.16 單層薄壁圓筒同時(shí)承受內(nèi)壓Pi和外壓Po作用時(shí)，能否用壓差代入僅受內(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？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)力和撓度的大小和位置。 

21、0;不能。材料在承受內(nèi)外壓的同時(shí)與單獨(dú)承受時(shí)，材料內(nèi)部的力學(xué)形變與應(yīng)力是不一樣的。例如，筒體在承受相同大小的內(nèi)外壓時(shí)，內(nèi)外壓差為零，此時(shí)筒壁應(yīng)力不等于零。2.17 工程上采取什么措施來減少熱應(yīng)力？  熱應(yīng)力是由溫度變化引起的自由膨脹或收縮受到約束所引起的。要減少熱應(yīng)力從兩個(gè)方面考慮：1、減少溫度變化；2、減少約束。   要嚴(yán)格控制熱壁設(shè)備的加熱、冷卻速度。必要是要采取保溫層措施來減少溫度變化。   工程上應(yīng)盡量避免外部對(duì)熱變性的約束、設(shè)置膨脹節(jié)（或柔性元件），同樣容器得形狀也對(duì)約束有關(guān)系，球形由于其關(guān)于球

22、心完全對(duì)稱，其膨脹受到容器本身的約束就小的多了。但由于球形加工的難度，工程上應(yīng)盡量采用橢球形。2.18  試分別在內(nèi)壓和外壓作用下分析圓筒形狀缺陷對(duì)圓筒穩(wěn)定性的影響。試述有哪些因素影響承受均布外壓圓柱殼的臨界壓力？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？  圓筒的形狀缺陷主要有不圓和局部區(qū)域中的折皺、鼓脹或凹陷，在內(nèi)壓作用下，圓筒有消除不圓度的趨勢(shì)，這些缺陷，對(duì)內(nèi)壓圓筒強(qiáng)度的影響不大；對(duì)于外壓圓筒，在缺陷處會(huì)產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力，使得圓筒中的壓縮應(yīng)力增大，臨界壓力降低，因此形狀缺陷對(duì)外壓圓筒的影響較大。2.19 求解內(nèi)壓殼體

23、與接管連接處的局部應(yīng)力有哪幾種方法？  (1)應(yīng)力集中系數(shù)法:   a.應(yīng)力集中系數(shù)曲線   b.應(yīng)力指數(shù)法  (2)數(shù)值計(jì)算;  (3)應(yīng)力測(cè)試2.20  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？  除受到介質(zhì)壓力作用外，過程設(shè)備還承受通過接管或其它附件傳遞來的局部載荷，如設(shè)備的自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的約束反力、溫度變化引起的載荷等。這些載荷通常僅對(duì)附件與設(shè)備相連的局部區(qū)域產(chǎn)生影響。此外，在壓力作

24、用下，壓力容器材料或結(jié)構(gòu)不連續(xù)處，如截面尺寸、幾何形狀突變的區(qū)域、兩種不同材料的連接處等，也會(huì)在局部區(qū)域產(chǎn)生附加應(yīng)力。2.21 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。2.22  何謂回轉(zhuǎn)殼的不連續(xù)效應(yīng)？不連續(xù)應(yīng)力有那些重要特征，其中與(Rt)平方根兩個(gè)參數(shù)量的物理意義是什么？  由于殼體的總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)，組合殼在連接處附近的局部區(qū)域出現(xiàn)衰減很快的的應(yīng)力增大現(xiàn)象，稱為“不連續(xù)效應(yīng)”。不連續(xù)應(yīng)力具有局部性和自限性兩種特性。2.23  單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)，其應(yīng)力分布有那些特征？當(dāng)承受的內(nèi)壓很高時(shí)，能

25、否僅用增加壁厚來提高承載能力，為什么？  （應(yīng)力分布特征見課本2.3厚壁圓筒應(yīng)力分析）    由單層厚壁圓筒的應(yīng)力分析可知，在內(nèi)壓力作用下，筒壁內(nèi)應(yīng)力分布是不均勻的，內(nèi)壁處應(yīng)力最大，外壁處應(yīng)力最小，隨著壁厚或徑比K值的增大，內(nèi)外壁應(yīng)力差值也增大。如按內(nèi)壁最大應(yīng)力作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)的控制條件，那么除內(nèi)壁外，其它點(diǎn)處，特別是外層材料，均處于遠(yuǎn)低于控制條件允許的應(yīng)力水平，致使大部分筒壁材料沒有充分發(fā)揮它的承受壓力載荷的能力。    同時(shí)，隨壁厚的增加，K值亦相應(yīng)增加，但應(yīng)力計(jì)算式分子和分母值都要增加，因此，

26、當(dāng)徑比大到一定程度后，用增加壁厚的方法降低壁中應(yīng)力的效果不明顯。2.24  一殼體成為回轉(zhuǎn)薄殼軸對(duì)稱問題的條件是什么？  1.假設(shè)殼體材料連續(xù)、均勻、各向同性；受載后變形是小變形；殼壁各層纖維在變形后互不擠壓。  2.所受載荷軸對(duì)稱。  3.邊界條件軸對(duì)稱。2.25  試分析標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭采用長短軸之比a/b=2的原因。  半橢圓形端蓋的應(yīng)力情況不如半球形端蓋均勻，但比碟形端蓋要好。對(duì)于長短軸之比為2的橢圓形端蓋，從薄膜應(yīng)力分析來看，沿經(jīng)線各點(diǎn)的應(yīng)力是有變化的，頂點(diǎn)處應(yīng)力最大，

27、在赤道上出現(xiàn)周向應(yīng)力，但整個(gè)端蓋的應(yīng)力分布仍然比較均勻。與壁厚相等的筒體聯(lián)接，橢圓形端蓋可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度，邊緣附近的應(yīng)力不比薄膜應(yīng)力大很多，這樣的聯(lián)接一般也不必考慮它的不連續(xù)應(yīng)力。對(duì)于長短半軸之比為2的橢圓形端蓋，制造也容易，因此被廣泛采用，稱為標(biāo)準(zhǔn)橢圓蓋。2.26  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于經(jīng)線垂直、同殼體正交的圓錐面？為什么？  在理論上是可以的.微元體的取法不影響應(yīng)力分析的結(jié)果,但對(duì)計(jì)算過程的復(fù)雜程度有很大影響。2.27 單層厚壁圓筒承受內(nèi)壓時(shí)，其應(yīng)力分布有那些特征？當(dāng)

28、承受內(nèi)壓很高時(shí)，能否僅增加壁厚來提高承載能力？3壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響3.1壓力容器用鋼有哪些基本要求?改善鋼材性能的途徑有哪些？  壓力容器用鋼基本要求是有較高的強(qiáng)度，良好的塑性，韌性，制造性能和與介質(zhì)的相容性。改善鋼材性能的途徑有化學(xué)成分的設(shè)計(jì)，組織結(jié)構(gòu)的改變和零件表面改性。3.2  簡述壓力容器選材的基本原則。  材料選用是應(yīng)考慮以下的因素1)壓力容器的使用條件2)零件的功能和制造工藝3)材料的使用經(jīng)驗(yàn)4)材料價(jià)格5)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)3.3  什么是應(yīng)變硬化?應(yīng)變硬化對(duì)鋼材的常溫力學(xué)性能有何影響?&#

29、160; 在常溫下鋼經(jīng)過塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化，晶粒沿變形最大的方向被伸長，晶格被扭曲，從而提高材料的抗變形能力。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變硬化或加工硬化。例如，在常溫下把鋼預(yù)拉到塑性變形，然后卸載，當(dāng)再次加載時(shí)，材料的比例極限將提高而塑性降低。3.4  什么是環(huán)境氫脆?環(huán)境氫脆是由什么原因引起的?  氫脆指鋼因吸收氫而導(dǎo)致韌性下降的現(xiàn)象。氫的來源有兩種途徑：一是內(nèi)部氫，指鋼在冶煉、焊接、酸洗等過程中吸收的氫；二是外部氫，指鋼在氫環(huán)境中使用時(shí)所吸收的氫。容器在外部氫環(huán)境中使用造成的氫脆稱為環(huán)境氫脆.    

30、 在高溫、高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容器，氫會(huì)以原子滲入到鋼中，被鋼的基體所溶解吸收。當(dāng)容器冷卻后，氫的溶解度大為降低，形成分子氫的富集，造成氫脆。3.5  疲勞破壞有哪些特征？  壓力容器在交變載荷作用下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂失效的過程，稱為疲勞斷裂。    疲勞破壞有裂紋萌生、擴(kuò)展和最后斷裂三個(gè)階段，因而疲勞斷口一般由裂紋源、裂紋擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)斷裂區(qū)組成。裂紋源往往位于高應(yīng)力區(qū)或有缺陷的部位。裂紋擴(kuò)展區(qū)是疲勞斷口最重要的特征區(qū)域。常呈現(xiàn)貝紋狀，是疲勞裂紋擴(kuò)展過程中留下的痕跡。擴(kuò)展區(qū)的大小

31、和形狀取決于壓力容器的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力幅度及結(jié)構(gòu)形狀等因素。瞬時(shí)斷裂區(qū)為裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)的快速斷裂區(qū)。    由于疲勞破壞源于局部應(yīng)力較高的部位，如接管根部，往往在壓力容器工作時(shí)發(fā)生，因而破壞時(shí)容器總體應(yīng)力水平較低，沒有明顯的變形，是突發(fā)性破壞，危險(xiǎn)性很大。3.6 什么是石墨化現(xiàn)象?怎樣預(yù)防?  鋼在高溫、應(yīng)力長期作用下，由于珠光體內(nèi)滲碳體自行分解出石墨的現(xiàn)象，F(xiàn)e3C->3Fe+C(石墨),稱為石墨化或析墨現(xiàn)象。    石墨化現(xiàn)象只出現(xiàn)在高溫下。對(duì)碳素鋼和碳錳鋼，當(dāng)在溫度42

32、5oC以上長期工作時(shí)都有可能發(fā)生石墨化。溫度升高，使石墨化加劇，但溫度過高，非但不出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象，反而使己生成的石墨與鐵化合成滲碳體。要阻止石墨化現(xiàn)象，可在鋼中加入與碳結(jié)合能力強(qiáng)的合金元素，如鉻、鈦、釩等，但硅、鋁、鎳等卻起促進(jìn)石墨化的作用。3.7 壓力容器長期在高溫下工作其材料的性能，金相組織會(huì)發(fā)生什么變化?  但在高溫下，鋼材的金相組織和力學(xué)性能發(fā)生變化，即發(fā)生材料性能的劣化。在高溫下長期工作的鋼材，材料性能的劣化主要有：蠕變脆化、珠光體球化、石墨化、回火脆化、氫腐蝕和氫脆。(具體內(nèi)容見教材3.3環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響)3.8  影響

33、壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素有哪些?  壓力容器的工作環(huán)境對(duì)壓力容器材料性能也有著顯著的影響。環(huán)境的影響因素很多，主要有溫度高低、載荷波動(dòng)、介質(zhì)性質(zhì)、加載速率等。這些影響因素往往不是單獨(dú)存在，而是同時(shí)存在、交互影響的。(具體內(nèi)容見3.3環(huán)境對(duì)壓力容器用鋼性能的影響)3.9 試列舉三種壓力容器韌性破壞的原因。  壁厚過薄和內(nèi)壓過高是引起壓力容器韌性斷裂的主要原因。壁厚過薄大致有兩種情況：壁厚未經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算和壁厚因腐蝕而減薄。操作失誤、液體受熱膨脹、化學(xué)反應(yīng)失控等會(huì)引起超壓。例如，壓力較高的氣體進(jìn)入設(shè)計(jì)壓力較小的容器、容器內(nèi)產(chǎn)生的氣體無法排出等。3.1

34、0  韌性破壞和脆性破壞有什么區(qū)別？哪種破壞的危險(xiǎn)性更大？  韌性斷后有肉眼可見的宏觀變形，斷口處厚度顯著減薄；沒有碎片，或偶爾有碎片；按實(shí)測(cè)厚度計(jì)算的爆破壓力與實(shí)際爆破壓力相當(dāng)接近。    脆性斷裂時(shí)容器沒有鼓脹，即無明顯的塑性變形；在較低應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生,其斷口齊平，并與最大應(yīng)力方向垂直；斷裂的速度極快，常使容器斷裂成碎片。產(chǎn)生的危害較韌性斷裂更大。3.11  壓力容器鋼材選擇時(shí)要考慮到的一個(gè)很大的因素是材料的價(jià)格。試問影響材料價(jià)格的因素主要有哪些？一般情況下，為較好的符合經(jīng)濟(jì)要求，該怎么選擇

35、材料？  （參考答案：影響材料價(jià)格的因素主要有冶煉要求（如化學(xué)成分、檢驗(yàn)項(xiàng)目和要求等）、尺寸要求（厚度及其偏差、長度等）和可獲得性等   一般情況下，相同規(guī)格的碳素鋼的價(jià)格低于低和合金鋼，不銹鋼的價(jià)格高于低合金鋼。當(dāng)所需不銹鋼的厚度較大時(shí)，應(yīng)盡量采用復(fù)合板、襯里、堆焊或多層結(jié)構(gòu)。與介質(zhì)接觸的復(fù)層、襯里、堆焊層或內(nèi)層，用耐腐蝕材料，而外層用一般壓力容器用鋼。）3.12  減少焊接應(yīng)力和變形的措施有哪些？焊接接頭常見缺陷有哪幾種？試畫圖表示。  1為減少焊接應(yīng)力和變形，應(yīng)從設(shè)計(jì)和焊接工藝兩方面采取措施，如盡量

36、減少焊接接頭數(shù)量，相鄰焊縫間保持足夠間距，盡可能避免交叉，焊縫不要布置在高應(yīng)力區(qū)，避免十字焊縫，焊前預(yù)熱等。  2常見缺陷有：裂紋，夾渣，未熔透，未熔合，焊瘤，氣孔和咬邊。  3.圖見課本3.2.2節(jié)3.13  簡述短期靜載下溫度對(duì)鋼材力學(xué)性能的影響  在高溫情況下，彈性模量和屈服點(diǎn)隨溫度升高而降低，而抗拉強(qiáng)度先隨溫度升高而升高，但當(dāng)溫度達(dá)到一定值時(shí)，反而很快下降。   在低溫下，隨著溫度降低，碳素鋼和低合金鋼的強(qiáng)度提高，而韌性降低。   當(dāng)溫度低于某一界

37、限時(shí)，鋼的沖擊吸收功大幅度地下降，從韌性狀態(tài)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度通常被稱為韌脆性轉(zhuǎn)變溫度或脆性轉(zhuǎn)變溫度。低溫變脆現(xiàn)象是低溫壓力容器經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。3.14 為什么要控制壓力容器鋼中的磷、硫含量？  硫和磷是鋼中最主要的有害元素。硫能促進(jìn)非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低。磷能提高鋼的強(qiáng)度，但會(huì)增加鋼的脆性，特別是低溫脆性。將硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高鋼材的純凈度，可提高鋼材的韌性、抗中子輻射脆化能力，改善抗應(yīng)變時(shí)效性能、抗回火脆化性能和耐腐蝕性能。3.15  高溫下材料性能的劣化主要有哪些形式？選擇其中一種說說如何消除或

38、防止劣化。   1.珠光體球化(已發(fā)生球化的鋼材采用熱處理的方法使之恢復(fù)原來的組織)  2.石墨化(要阻止石墨化,可在鋼中加入與碳結(jié)合能力強(qiáng)的合金元素)  3.回火脆化(一方面應(yīng)嚴(yán)格控制微量雜質(zhì)元素的含量;另一方面應(yīng)使設(shè)備升降溫度的速度盡量緩慢)  4.氫腐蝕(鋼中加入鉻釩鎢鈦等能形成穩(wěn)定的化合物的元素)    氫脆(容易造成氫脆的容器,應(yīng)先降壓, 保溫消氫后,再降至常溫)3.16  簡述應(yīng)力腐蝕過程及預(yù)防措施  應(yīng)

39、力腐蝕破壞過程分為三個(gè)階段，即孕育階段；裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展階段；裂紋失穩(wěn)階段。第三階段不一定總會(huì)發(fā)生，在第二階段形成的裂紋與可能使壓力容器泄漏，導(dǎo)致應(yīng)力下降，而不出現(xiàn)第三階段，即發(fā)生未爆先漏。預(yù)防措施：  1.合理選擇材料  2.減少或消除殘余拉應(yīng)力  3.改善介質(zhì)條件  4.涂層保護(hù)  5.合理設(shè)計(jì)3.17請(qǐng)列舉焊接接頭檢驗(yàn)的主要方法。  焊接接頭的檢驗(yàn)方法有破壞性檢驗(yàn)和非破壞性檢驗(yàn)兩類。  其中非破壞性檢驗(yàn)方法有：  1.外觀檢查

40、0; 2.密封性檢驗(yàn)  3.無損檢測(cè)：如射線透照檢測(cè)，超聲檢測(cè)，表面檢測(cè)（包括磁粉檢測(cè)，滲透檢測(cè)和渦流檢測(cè)等）。3.18 高溫，高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容器在停車時(shí)，應(yīng)先降壓，保溫消氫后，再降至常溫，切不可先降溫后降壓。試述其原因。  在高溫，高氫分壓環(huán)境下工作的壓力容器，氫會(huì)以原子形式滲入到鋼中，被鋼的基體所溶解吸收。當(dāng)容器冷卻后，氫的溶解度大為降低，形成分子氫的富集，造成氫脆。4壓力容器設(shè)計(jì)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？  壓力容器設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮材料、結(jié)構(gòu)、許用

41、應(yīng)力、強(qiáng)（剛）度、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)予以高度重視。   壓力容器設(shè)計(jì)就是根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，遵循現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確地選擇材料，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)（剛）度和密封設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，并滿足制造、檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等要求；強(qiáng)（剛）度設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強(qiáng)度或剛度及穩(wěn)定性要求，以確保容器安全可靠地運(yùn)行；密封設(shè)計(jì)主要是選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料，保證密封性能良好。4.2  壓力容器的設(shè)計(jì)文件應(yīng)包括哪些內(nèi)容？  壓力容器的設(shè)計(jì)文件，包

42、括設(shè)計(jì)圖樣、技術(shù)條件、強(qiáng)度計(jì)算書，必要時(shí)還應(yīng)包括設(shè)計(jì)或安裝、使用說明書。若按分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，還應(yīng)提供應(yīng)力分析報(bào)告。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？  將力學(xué)分析結(jié)果與簡單實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果相比較，就可判別壓力容器是否會(huì)失效。這種判據(jù)，稱為失效判據(jù)。    因?yàn)閴毫θ萜鞔嬖谠S多不確定因素,失效判據(jù)一般不能直接用于壓力容器的設(shè)計(jì)計(jì)算。為有效地利用現(xiàn)有材料的強(qiáng)度或剛度，工程上在考慮上述不確定因素時(shí)，較為常用的方法是引入安全系數(shù)，得到與失效判據(jù)相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。  &

43、#160; 壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則大致可分為強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。對(duì)于不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，安全系數(shù)的含義并不相同。    壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先確定容器最有可能發(fā)生的失效形式，選擇合適的失效判據(jù)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確定適用的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，再按規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。4.4 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？  為壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一，其值不低于最高工作壓力。而最高工作壓力系指容器頂部在正常工作過程中可能產(chǎn)生的最高表壓。   對(duì)于

44、盛裝液化氣體的容器，由于容器內(nèi)介質(zhì)壓力為液化氣體的飽和蒸氣壓，在規(guī)定的裝量系數(shù)范圍內(nèi)，與體積無關(guān)，僅取決于溫度的變化，故設(shè)計(jì)壓力與周圍的大氣環(huán)境溫度密切相關(guān)。此外，還要考慮容器外壁有否保冷設(shè)施，可靠的保冷設(shè)施能有效地保證容器內(nèi)溫度不受大氣環(huán)境溫度的影響，即設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。4.5 一容器殼體的內(nèi)壁溫度為Ti，外壁溫度為To，通過傳熱計(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)？  設(shè)計(jì)溫度取溫度平均值T,選材以設(shè)計(jì)溫度為準(zhǔn).4.6 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

45、度之間的關(guān)系；在上述厚度中，滿足強(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是哪一個(gè)？為什么？  計(jì)算厚度（）是按有關(guān)公式采用計(jì)算壓力得到的厚度。必要時(shí)還應(yīng)計(jì)入其它載荷對(duì)厚度的影響。  設(shè)計(jì)厚度（d）系計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。  名義厚度（n）指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，即標(biāo)注在圖樣上的厚度。  有效厚度（e）為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負(fù)偏差。(見課本圖4-5)  滿足強(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是設(shè)計(jì)厚度4.7  影響材料設(shè)

46、計(jì)系數(shù)的主要因素有哪些？  材料設(shè)計(jì)系數(shù)是一個(gè)強(qiáng)度“保險(xiǎn)”系數(shù)，主要是為了保證受壓元件強(qiáng)度有足夠的安全儲(chǔ)備量，其大小與應(yīng)力計(jì)算的精確性、材料性能的均勻性、載荷的確切程度、制造工藝和使用管理的先進(jìn)性以及檢驗(yàn)水平等因素有著密切關(guān)系。4.8  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？  常規(guī)設(shè)計(jì): (1)常規(guī)設(shè)計(jì)將容器承受的“最大載荷”按一次施加的靜載荷處理，不涉及容器的疲勞壽命問題，不考慮熱應(yīng)力。 (2)常規(guī)設(shè)計(jì)以材料力學(xué)及彈性力學(xué)中的簡化模型為基礎(chǔ)，確定筒體與部件中平均應(yīng)力的大小，只要此值限制在以彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)

47、則所確定的許用應(yīng)力范圍之內(nèi)，則認(rèn)為筒體和部件是安全的。 (3)常規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了具體的容器結(jié)構(gòu)形式。分析設(shè)計(jì): (1)將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計(jì)算出來,包括交變載荷,熱應(yīng)力,局部應(yīng)力等。 (2)進(jìn)行應(yīng)力分類，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效。 (3)可應(yīng)用于承受各種載荷、任何結(jié)構(gòu)形式的壓力容器設(shè)計(jì)，克服了常規(guī)設(shè)計(jì)的不足。4.9  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？  按照殼體的厚度t與其中面曲率半徑R的比值大小，可分為薄殼和厚殼，工程上一

48、般把t與R之比小于或等于0.1 的殼體歸為薄殼，反之為厚殼。對(duì)于圓柱殼體，它們的外徑與內(nèi)徑的比值小于或等于1.2時(shí) ，稱為薄壁圓筒。其強(qiáng)度計(jì)算以薄膜理論為基礎(chǔ),采用最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則。    厚壁圓筒的強(qiáng)度計(jì)算以拉美公式為基礎(chǔ),采用塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則或爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)。4.10 高壓容器的筒體有哪些結(jié)構(gòu)形式？它們各有什么特點(diǎn)和適用范圍？  多層包扎式  熱套式  繞板式  整體多層包扎式  繞帶式：又分型槽繞帶式和扁平鋼帶傾角錯(cuò)

49、繞式  (具體特點(diǎn)見課本4.3.2圓筒設(shè)計(jì))4.11  高壓容器筒體的對(duì)接深環(huán)焊縫有什么不足？如何避免？  焊接缺陷的消除與檢測(cè)較困難.  采用組合式圓筒4.12 對(duì)于內(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)。4.13  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p0.4t？按形狀改變比能屈服失效判據(jù)計(jì)算出的內(nèi)壓厚壁筒體初始屈服壓力與實(shí)測(cè)值較為吻合，因而與形狀改變比能準(zhǔn)則相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度能較好地反映厚壁筒體的實(shí)際應(yīng)力水平。由表（4-1）知，為 &

50、#160;         =          與中徑公式相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度為               隨徑比K的增大而增大。當(dāng)K=1.5時(shí)，比值為             &

51、#160; 1.25這表明內(nèi)壁實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度是按中徑公式計(jì)算的應(yīng)力強(qiáng)度的1.25倍。由于GB150取ns=1.6，若筒體徑比不超過1.5，仍可按式（4-13）計(jì)算筒體厚度。因?yàn)樵谝簤涸囼?yàn)（pT=1.25p）時(shí)，筒體內(nèi)表面的實(shí)際應(yīng)力強(qiáng)度最大為許用應(yīng)力的1.25×1.25=1.56倍，說明筒體內(nèi)表面金屬仍未達(dá)到屈服點(diǎn)，處于彈性狀態(tài)。當(dāng)K=1.5時(shí)，=Di（K-1）/2=0.25Di，代入式（4-13）得           即pc=0.4t。這就是將式（4-13）的適用范圍規(guī)定為p

52、c0.4t的依據(jù)所在。對(duì)計(jì)算壓力大于0.4t的單層厚壁筒體，常采用塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則或爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.14 橢圓形封頭、碟形封頭為何均設(shè)置直邊段？  直邊段的作用是避免封頭和筒體的連接焊縫處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。4.15 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。  (1)半球形封頭     在均勻內(nèi)壓作用下，薄壁球形容器的薄膜應(yīng)力為相同直徑圓筒體的一半。但缺點(diǎn)是深度大，直徑小時(shí)，整體沖壓困難，大直徑采用分

53、瓣沖壓其拼焊工作量也較大。半球形封頭常用在高壓容器上。   (2)橢圓形封頭   橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。   (3)碟形封頭   是一不連續(xù)曲面，在經(jīng)線曲率半徑突變的兩個(gè)曲面連接處，由于曲率的較大變化而存在著較大邊緣彎曲應(yīng)力。該邊緣彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力疊加，使該部位的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它部位，故受力狀況不佳。但過渡環(huán)殼的存在降低了封頭的深度，方便了成型加工，且壓制碟

54、形封頭的鋼模加工簡單，使碟形封頭的應(yīng)用范圍較為廣泛。   (4)錐殼   結(jié)構(gòu)不連續(xù)，錐殼的應(yīng)力分布并不理想，但其特殊的結(jié)構(gòu)形式有利于固體顆粒和懸浮或粘稠液體的排放，可作為不同直徑圓筒體的中間過渡段，因而在中、低壓容器中使用較為普遍。   (5)平蓋   平蓋厚度計(jì)算是以圓平板應(yīng)力分析為基礎(chǔ)的,主要用于直徑較小、壓力較高的容器。4.16  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？  (1)墊片比壓力 

55、; 形成初始密封條件時(shí)墊片單位面積上所受的最小壓緊力，稱為“墊片比壓力”，用y表示，單位為MPa.  (2)墊片系數(shù)  為保證在操作狀態(tài)時(shí)法蘭的密封性能而必須施加在墊片上的壓應(yīng)力，稱為操作密封比壓。操作密封比壓往往用介質(zhì)計(jì)算壓力的m倍表示，這里m稱為“墊片系數(shù)”，無因次。4.17 法蘭標(biāo)準(zhǔn)化有何意義？選擇標(biāo)準(zhǔn)法蘭時(shí)，應(yīng)按哪些因素確定法蘭的公稱壓力？  為簡化計(jì)算、降低成本、增加互換性，制訂了一系列法蘭標(biāo)準(zhǔn)。法蘭標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)用途分管法蘭和容器法蘭兩套標(biāo)準(zhǔn)。    法蘭應(yīng)根據(jù)容器或管

56、道的公稱直徑、公稱壓力、工作溫度、工作介質(zhì)特性以及法蘭材料進(jìn)行選用。4.18 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？  當(dāng)法蘭錐頸有少量屈服時(shí)，錐頸部分和法蘭環(huán)所承受的力矩將重新分配，錐頸已屈服部分不能再承受載荷，其中大部分需要法蘭環(huán)來承擔(dān)，這就使法蘭環(huán)的實(shí)際應(yīng)力有可能超過原有的法蘭環(huán)強(qiáng)度條件。因此為使法蘭環(huán)不產(chǎn)生屈服，保證密封可靠，尚需對(duì)錐頸部分和法蘭環(huán)的平均應(yīng)力加以限制。4.19 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。  1.強(qiáng)制式密封 &#

57、160;在預(yù)緊和工作狀態(tài)下都只依靠主螺栓的預(yù)緊作用，使金屬平墊片產(chǎn)生一定的塑性變形，填滿壓緊面的高低不平處，從而達(dá)到密封目的。  2.自緊式密封  盡量利用操作壓力壓緊密封元件實(shí)現(xiàn)自緊密封。預(yù)緊螺栓僅提供初始密封所需的力，壓力越高，密封越可靠，因而比強(qiáng)制式密封更為可靠和緊湊。(雙錐密封工作過程見課本4.3.3.4高壓密封設(shè)計(jì))4.20  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)？  壓力容器常常存在各種強(qiáng)度裕量，例如接管和殼體實(shí)際厚度往往大于強(qiáng)度需要的厚度；接管根部有填角焊縫；

58、焊接接頭系數(shù)小于1但開孔位置不在焊縫上。這些因素相當(dāng)于對(duì)殼體進(jìn)行了局部加強(qiáng)，降低了薄膜應(yīng)力從而也降低了開孔處的最大應(yīng)力。因此，對(duì)于滿足一定條件的開孔接管，可以不予補(bǔ)強(qiáng)。   GB150規(guī)定，當(dāng)在設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa的殼體上開孔，兩相鄰開孔中心的間距（對(duì)曲面間距以弧長計(jì)算）大于兩孔直徑之和的兩倍，且接管公稱外徑小于或等于89mm時(shí)，只要接管最小厚度滿足表4-14(見課本)要求，就可不另行補(bǔ)強(qiáng)。4.21  采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，GB150對(duì)其使用范圍作了何種限制，其原因是什么？  補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用經(jīng)驗(yàn)豐富。但

59、補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫以上使用時(shí)，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；另外，補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體采用搭接連接，難以與殼體形成整體，所以抗疲勞性能差。這種補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)一般使用在靜載、常溫、中低壓、材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度低于540MPa、補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于1.5n、殼體名義厚度n不大于38mm的場合。4.22 在什么情況下，壓力容器可以允許不設(shè)置檢查孔？  容器若符合下列條件之一，則可不必開設(shè)檢查孔：筒體內(nèi)徑小于等于300mm的壓力容器；容器上設(shè)有可拆卸的封頭、蓋板或其它能夠開關(guān)的蓋子，其封頭、蓋板或蓋子的尺寸不小于所規(guī)定檢查孔

60、的尺寸；無腐蝕或輕微腐蝕，無需做內(nèi)部檢查和清理的壓力容器；制冷裝置用壓力容器；換熱器。4.23 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？  1.安全閥     安全閥的作用是通過閥的自動(dòng)開啟排出氣體來降低容器內(nèi)過高的壓力。其優(yōu)點(diǎn)是僅排放容器內(nèi)高于規(guī)定值的部分壓力，當(dāng)容器內(nèi)的壓力降至稍低于正常操作壓力時(shí)，能自動(dòng)關(guān)閉，避免一旦容器超壓就把全部氣體排出而造成浪費(fèi)和中斷生產(chǎn)；可重復(fù)使用多次，安裝調(diào)整也比較容易。但密封性能較差，閥的開啟有滯后現(xiàn)象，泄壓反應(yīng)較慢。2.爆破片  &#

61、160; 爆破片是一種斷裂型安全泄放裝置，它利用爆破片在標(biāo)定爆破壓力下即發(fā)生斷裂來達(dá)到泄壓目的，泄壓后爆破片不能繼續(xù)有效使用，容器也被迫停止運(yùn)行。雖然爆破片是一種爆破后不重新閉合的泄放裝置，但與安全閥相比，它有兩個(gè)特點(diǎn)：一是密閉性能好，能做到完全密封；二是破裂速度快，泄壓反應(yīng)迅速。因此，當(dāng)安全閥不能起到有效保護(hù)作用時(shí)，必須使用爆破片或爆破片與安全閥的組合裝置。3.在以下場合應(yīng)優(yōu)先選用爆破片作為安全泄放裝置。   介質(zhì)為不潔凈氣體的壓力容器；由于物料的化學(xué)反應(yīng)壓力可能迅速上升的壓力容器；毒性程度為極度、高度危害的氣體介質(zhì)或盛裝貴重介質(zhì)的壓力容器；介質(zhì)為強(qiáng)腐

62、蝕性氣體的壓力容器，腐蝕性大的介質(zhì)，用耐腐蝕的貴重材料制造安全閥成本高，而用其制造爆破片，成本非常低廉。4.24 壓力試驗(yàn)的目的是什么？為什么要盡可能采用液壓試驗(yàn)？  對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成滲漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。對(duì)于外壓容器，在外壓作用下，容器中的缺陷受壓應(yīng)力的作用，不可能發(fā)生開裂，且外壓臨界失穩(wěn)壓力主要與容器的幾何尺寸、制造精度有關(guān)，跟缺陷無關(guān)，一般不用外壓試驗(yàn)來考核其穩(wěn)定性，而以內(nèi)壓試驗(yàn)進(jìn)行“試漏”，檢查是否存在穿透性缺陷。    由于在相同壓

63、力和容積下，試驗(yàn)介質(zhì)的壓縮系數(shù)越大，容器所儲(chǔ)存的能量也越大，爆炸也就越危險(xiǎn)，故應(yīng)選用壓縮系數(shù)小的流體作為試驗(yàn)介質(zhì)。常溫時(shí)，水的壓縮系數(shù)比氣體要小得多，且來源豐富，因而是常用的試驗(yàn)介質(zhì)。4.25 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。  夾套容器是由內(nèi)筒和夾套組成的多腔壓力容器，各腔的設(shè)計(jì)壓力通常是不同的，應(yīng)在圖樣上分別注明內(nèi)筒和夾套的試驗(yàn)壓力值。內(nèi)筒根據(jù)實(shí)際情況按外壓容器或內(nèi)壓容器確定試驗(yàn)壓力；夾套按內(nèi)壓容器確定試驗(yàn)壓力。    先做內(nèi)筒壓力試驗(yàn)，壓力試驗(yàn)安全后組裝夾套。在確定了夾套試驗(yàn)壓力后，還必須校

64、核內(nèi)筒在該試驗(yàn)壓力下的穩(wěn)定性。如不能滿足外壓穩(wěn)定性要求，則在作夾套的液壓試驗(yàn)時(shí)，必須同時(shí)在內(nèi)筒保持一定的壓力，以確保夾套試壓時(shí)內(nèi)筒的穩(wěn)定性。4.26 為什么要對(duì)壓力容器中的應(yīng)力進(jìn)行分類？應(yīng)力分類的依據(jù)和原則是什么？  壓力容器所承受的載荷有多種類型，如機(jī)械載荷（包括壓力、重力、支座反力、風(fēng)載荷及地震載荷等）、熱載荷等。它們可能是施加在整個(gè)容器上（如壓力），也可能是施加在容器的局部部位（如支座反力）。因此，載荷在容器中所產(chǎn)生的應(yīng)力與分布以及對(duì)容器失效的影響也就各不相同。   就分布范圍來看，有些應(yīng)力遍布于整個(gè)容器殼體，可能會(huì)造成容器整體

65、范圍內(nèi)的彈性或塑性失效；而有些應(yīng)力只存在于容器的局部部位，只會(huì)造成容器局部彈塑性失效或疲勞失效。   從應(yīng)力產(chǎn)生的原因來看，有些應(yīng)力必須滿足與外載荷的靜力平衡關(guān)系，因此隨外載荷的增加而增加，可直接導(dǎo)致容器失效；而有些應(yīng)力則是在載荷作用下由于變形不協(xié)調(diào)引起的，因此具有“自限性”。   因此有必要對(duì)應(yīng)力進(jìn)行分類，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來限制。   壓力容器應(yīng)力分類的依據(jù)是應(yīng)力對(duì)容器強(qiáng)度失效所起作用的大小。這種作用又取決于下列兩個(gè)因素：（1） 應(yīng)力產(chǎn)生的原因。即應(yīng)力是外載荷直接產(chǎn)生的還是在變形協(xié)調(diào)過程中產(chǎn)

66、生的，外載荷是機(jī)械載荷還是熱載荷。（2）應(yīng)力的作用區(qū)域與分布形式。即應(yīng)力的作用是總體范圍還是局部范圍的，沿厚度的分布是均勻的還是線性的或非線性的。4.27  一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力的區(qū)別是什么？  1.一次應(yīng)力是指平衡外加機(jī)械載荷所必須的應(yīng)力。一次應(yīng)力必須滿足外載荷與內(nèi)力及內(nèi)力矩的靜力平衡關(guān)系，它隨外載荷的增加而增加，不會(huì)因達(dá)到材料的屈服點(diǎn)而自行限制，所以，一次應(yīng)力的基本特征是“非自限性”。另外，當(dāng)一次應(yīng)力超過屈服點(diǎn)時(shí)將引起容器總體范圍內(nèi)的顯著變形或破壞，對(duì)容器的失效影響最大。2.二次應(yīng)力是指由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所引起的正應(yīng)力或剪應(yīng)力。

67、二次應(yīng)力不是由外載荷直接產(chǎn)生的，其作用不是為平衡外載荷，而是使結(jié)構(gòu)在受載時(shí)變形協(xié)調(diào)。這種應(yīng)力的基本特征是它具有自限性，也就是當(dāng)局部范圍內(nèi)的材料發(fā)生屈服或小量的塑性流動(dòng)時(shí)，相鄰部分之間的變形約束得到緩解而不再繼續(xù)發(fā)展，應(yīng)力就自動(dòng)地限制在一定范圍內(nèi)。3.峰值應(yīng)力是由局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)和局部熱應(yīng)力的影響而疊加到一次加二次應(yīng)力之上的應(yīng)力增量，介質(zhì)溫度急劇變化在器壁或管壁中引起的熱應(yīng)力也歸入峰值應(yīng)力。峰值應(yīng)力最主要的特點(diǎn)是高度的局部性，因而不引起任何明顯的變形。其有害性僅是可能引起疲勞破壞或脆性斷裂。4.28 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？  

68、;(1)一次總體薄膜應(yīng)力強(qiáng)度S  許用值以極限分析原理來確定的。S<=KSm  (2)一次局部薄膜應(yīng)力強(qiáng)度S  S<=1.5KSm  (3)一次薄膜（總體或局部）加一次彎曲應(yīng)力強(qiáng)度S   S<=1.5KSm  (4)一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度S  根據(jù)安定性分析，一次加二次應(yīng)力強(qiáng)度S許用值為3Sm  (5)峰值應(yīng)力強(qiáng)度S  按疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，峰值應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)由疲勞設(shè)計(jì)曲線得到的應(yīng)力幅Sa進(jìn)行評(píng)定，即S<=Sa4.29  在疲勞分析中，為什么要考慮平均應(yīng)力的影響？如何考慮？  疲勞試驗(yàn)曲線或計(jì)算曲線是在平均應(yīng)力為零的對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下繪制的，但壓力容器往往是在非對(duì)稱應(yīng)力循環(huán)下工作的，因此，要將疲勞試驗(yàn)曲線或計(jì)算曲線變?yōu)榭捎糜诠こ虘?yīng)用的設(shè)計(jì)疲勞曲線，除了要取一定的安全系數(shù)外，還必須考慮平均應(yīng)力的影響。    平均應(yīng)力增加時(shí)，在同一循環(huán)次數(shù)下發(fā)生破壞的