過程設(shè)備設(shè)計試題及答案

1、.一、判斷題（判斷對或者錯，錯的請簡要說明理由，每題2分，共16分）脆性斷裂的特征是斷裂時容器無明顯塑性變形，斷口齊平，并與軸向平行，斷裂的速度快，常使容器斷裂成碎片。（錯誤，斷口應與最大主應力方向平行）有效厚度為名義厚度減去腐蝕裕量 （錯，有效厚度為名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材負偏差）鋼材化學成分對其性能和熱處理有較大影響，提高含碳量可使其強度和可焊性增加。（錯誤，提高含碳量可能使強度增加，但可焊性變差，焊接時易在熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋）壓力容器一般由筒體、封頭、開孔與接管、支座以及安全附件組成。（錯，缺密封裝置）盛裝毒性程度為高度危害介質(zhì)的容器制造時，容器上的焊接接頭應進行100%射線或超聲檢測。

2、（對）承受均布載荷時，周邊簡支圓平板和周邊固支圓平板的最大應力都發(fā)生在支承處。（錯 周邊簡支發(fā)生在中心處）筒體是壓力容器最主要的受壓元件之一，制造要求高，因此筒體的制造必須用鋼板卷壓成圓筒并焊接而成。（錯，也可以用鍛造筒節(jié)、繞帶筒體等）檢查孔是為了檢查壓力容器在使用過程中是否有裂紋、變形、腐蝕等缺陷產(chǎn)生，所有壓力容器必須開設(shè)檢查孔。(錯，在一定條件下，可以不開檢查孔)二、 選擇題（答案有可能多余于一個，每題2分,共16分）1 容規(guī)適用于同時具備下列哪些條件的壓力容器 （ABCD）A 最高工作壓力大于等于0.1MPa（不含液體靜壓力）；B 內(nèi)直徑（非圓形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m；C

3、容積（V）大于等于0.025m3；D 盛裝介質(zhì)為氣體、液化氣體或最高工作溫度高于等于標準沸點的液體。2下列關(guān)于熱應力的說法哪些不正確 （AD）A 熱應力隨約束程度的增大而減小B 熱應力與零外載相平衡，不是一次應力C 熱應力具有自限性，屈服流動或高溫蠕變可使熱應力降低D 熱應力在構(gòu)件內(nèi)是不變的3 下列說法中，正確的有 （ BCD ） A 單層厚壁圓筒同時承受內(nèi)壓Pi和外壓Po時，可用壓差簡化成僅受內(nèi)壓的厚壁圓筒。B 承受內(nèi)壓作用的厚壁圓筒，內(nèi)加熱時可以改善圓筒內(nèi)表面的應力狀態(tài)。C 減少兩連接件的剛度差，可以減少連接處的局部應力。D 在彈性應力分析時導出的厚壁圓筒微體平衡方程，在彈塑性應力分析中仍

4、然適用。4下列關(guān)于壓力容器的分類錯誤的是（AC）A內(nèi)裝高度危害介質(zhì)的中壓容器是第一類壓力容器。B低壓搪玻璃壓力容器是第二類壓力容器。C真空容器屬低壓容器。D高壓容器都是第三類壓力容器。5下列對GB150，JB4732和JB/T4735三個標準的有關(guān)表述中，正確的有（CEF）A當承受內(nèi)壓時，JB4732規(guī)定的設(shè)計壓力范圍為.BGB150采用彈性失效設(shè)計準則，而TB/T4735采用塑性失效設(shè)計準則。CGB150采用基于最大主應力的設(shè)計準則，而JB4732采用第三強度理論。D需做疲勞分析的壓力容器設(shè)計，在這三個標準中，只能選用GB150.EGB150的技術(shù)內(nèi)容與ASME VIII1大致相當，為常規(guī)設(shè)

5、計標準；而JB4732基本思路與ASME VIII2相同，為分析設(shè)計標準。F按GB150的規(guī)定，低碳鋼的屈服點及抗拉強度的材料設(shè)計系數(shù)分別大于等于1.6和3.0。6下列關(guān)于橢圓形封頭說法中正確的有（ABD）A封頭的橢圓部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，應力分布比較均勻B封頭深度較半球形封頭小的多，易于沖壓成型C橢圓形封頭常用在高壓容器上D直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接處出現(xiàn)經(jīng)向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。7下列關(guān)于二次應力說法中錯誤的有(ABD)A二次應力是指平衡外加機械載荷所必需的應力。B二次應力可分為總體薄膜應力、彎曲應力、局部薄膜應力。C二次應力是指由相鄰部件的約束或結(jié)構(gòu)的自身約束所

6、引起的正應力或切應力。D二次應力是局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)性和局部熱應力的影響而疊加到一次應力之上的應力增量。8下列說法中，錯誤的有 （ C ） A 相同大小的應力對壓力容器失效的危害程度不一定相同。 B 設(shè)計壽命為10年、操作周期為2小時的壓力容器應按分析設(shè)計標準設(shè)計。 C 校核一次加二次應力強度的目的是防止壓力容器發(fā)生過度彈性變形。D 壓縮應力不需要進行應力分類限制。 三、 簡答題（每題5分，共40分）1簡述爆破片的作用，并與安全閥相對比，簡述其特點答：爆破片是一種斷裂型安全泄放裝置，它個爆破片在標定爆破壓力下即發(fā)生斷裂來達到泄壓目的，泄壓后爆破片不能繼續(xù)有效使用，容器也就被迫停止運行。與安全閥相比

7、，它有兩個特點：一是密閉性能好，能作到完全密封；二是破裂速度快，泄壓反應迅速。壓力容器設(shè)計時為什么必須要考慮開孔的補強問題？壓力容器接管補強結(jié)構(gòu)主要有哪幾種形式？試畫圖說明。 答：（1）開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應力，給容器的安全操作帶來隱患。 （2）補強圈補強、厚壁接管補強和整鍛件補強。 補強圈補強 厚壁接管補強 整鍛件補強簡述短期靜載下溫度對鋼材力學性能的影響。答：高溫下，低碳鋼的彈性模量和屈服點隨溫度升高而降低，而抗拉強度先隨溫度升高而升高，但當溫度達到一定值時反而很快下降。低溫下，隨著溫度降低，碳素鋼和低合金鋼的強度提高，

8、而韌性降低。但并不是所有金屬都會低溫變脆。一般說來，具有體心立方晶格的金屬，都會低溫變脆，而面心立方晶格材料不會。對于外壓圓筒，只要設(shè)置加強圈就可提高其臨界壓力。對否，為什么？采用的加強圈愈多，圓筒所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟上愈合理。對否，為什么？答：對于承受外壓的圓筒，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)置合適間距的加強圈，使加強圈和筒體一起承受外壓載荷，并使長圓筒變?yōu)槎虉A筒（加強圈之間或加強圈與筒體封頭的間距L<Lcr），或使短圓筒的長度進一步降低，從而提高圓筒的臨界壓力。若設(shè)置的加強圈不能使長圓筒變?yōu)槎虉A筒（LLcr）,則所設(shè)置的加強圈并不能提高圓

9、筒的臨界壓力。設(shè)置加強圈將增加制造成本；而且，當很小時，短圓筒可能變?yōu)閯傂詧A筒，此時圓筒的失效形式已不是失穩(wěn)而是壓縮強度破壞，此時再設(shè)置額外的加強圈已無濟于事。因此，加強圈的數(shù)量并不是越多越好，應當設(shè)計合理的間距。預應力法提高厚壁圓筒屈服承載能力的基本原理是什么？答：通過壓縮預應力，使內(nèi)層材料受到壓縮而外層材料受到拉伸。當厚壁圓筒承受工作壓力時，筒壁內(nèi)的應力分布由按拉美公式確定的彈性應力和殘余應力疊加而成，內(nèi)壁處的總應力有所下降，外壁處的總壓力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的應力分布，從而提高圓筒的初始屈服壓力。什么是不連續(xù)效應？并簡述局部應力產(chǎn)生的原因。答：不連續(xù)效應就是由于容器總體結(jié)構(gòu)的不連

10、續(xù)，組合殼在連接處附近的局部區(qū)域出現(xiàn)衰減很快的應力增大現(xiàn)象，稱為不連續(xù)效應。產(chǎn)生原因：由幾種簡單的殼體組成的殼體，在兩殼體的連接處，若把兩殼體作為自由體，即在內(nèi)壓作用下自由變形，在連接處的薄膜位移一般不相等，而實際上這兩個殼體是連接在一起的，即兩殼體在連接處的轉(zhuǎn)角和位移必須相等。這樣在兩個殼體連接處附近形成一種約束，迫使連接處殼體發(fā)生局部的彎曲變形，在連接邊緣產(chǎn)生了附加的邊緣力和邊緣力矩及抵抗這種變形的局部應力什么是焊接應力？減少焊接應力有什么措施？答：焊接應力是指焊接過程中由于局部加熱導致焊接件產(chǎn)生較大的溫度梯度，因而在焊件內(nèi)產(chǎn)生的應力。為減少焊接應力和變形，應從設(shè)計和焊接工藝兩個方面采取措

11、施，如盡量減少焊接接頭的數(shù)量，相等焊縫間應保持足夠的間距，盡可能避免交叉，焊縫不要布置在高應力區(qū)，避免出現(xiàn)十字焊縫，焊前預熱等等）為什么要控制壓力容器鋼中的磷、硫含量？答：硫和磷是鋼中最主要的有害元素。硫能促進非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低。磷能提高鋼的強度，但會增加鋼的脆性，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，改善抗應變時效性能、抗回火脆化性能和耐腐蝕性能。四、試推導內(nèi)壓薄壁球殼的厚度計算公式。（10分）答：根據(jù)平衡條件，其軸向受的外力必與軸向內(nèi)力相等。對于薄殼體，可近似認為內(nèi)直徑等與殼體的中面直徑D=由此

12、得 由強度理論知 <=用，代入上式，經(jīng)化簡得由上式可得五、計算題（共分）一單層厚壁圓筒，承受內(nèi)壓力pi36Mpa，測得（用千分表）筒壁外表面的徑向位移w00.365mm，圓筒外直徑D0980mm，E2×10Mpa，0.3。試求圓筒內(nèi)外壁面的應力值。解：據(jù)拉美公式，易知圓筒外壁處徑向應力為零，即 外壁處徑向位移為wo，據(jù)變形幾何關(guān)系，可得外壁處的周向應變?yōu)?據(jù)廣義胡克定律，外壁處的周向應變又可表示為 據(jù)拉美公式，可得內(nèi)壓圓筒外壁處的周向應力和軸向應力分別為 聯(lián)立，得化簡上式并代入相應的值，得 因此，據(jù)拉美公式，可得該圓筒內(nèi)外壁面處應力 六實驗現(xiàn)象分析題（分）結(jié)合高壓容器實驗，回答

13、以下問題：1 韌性斷裂有哪些宏觀特征？（2分）2 封頭和筒體連接處存在不連續(xù)應力，但破口卻在筒體中部，試解釋其原因。（2分）3 加壓過程中，壓力先線性增加，到一定值后壓力表指針來回擺動，再繼續(xù)升高，試對此現(xiàn)象進行說明。（4分）4 用實驗結(jié)果驗證Faupel爆破壓力公式計算精度時，能否采用標準中查到的材料力學性能數(shù)據(jù)？為什么？（2分） 1. 韌性斷裂的宏觀特征：整體鼓脹；周長延伸率可達10%20%；斷口處厚度顯著減??；沒有碎片或偶爾有碎片；按實測厚度計算的爆破壓力與實際爆破壓力 相當接近。2. 封頭和筒體連接處雖然存在不連續(xù)應力，但連接處會產(chǎn)生變形協(xié)調(diào)，導致材料強化；而筒體中3、部應力與所受壓力成正比，隨著壓力的增大應力迅速增大，所以破口出現(xiàn)在筒體中部。3. 加壓