《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第四章習(xí)題解答

第四章內(nèi)壓薄壁圓筒與封頭的強(qiáng)度設(shè)計(jì)二、填空題A組：有一容器,1.6Mpa,無液體靜壓作用,工作溫度≤150p=(1.76)Mpa;pc=()Mpa;pT=(2.2)MPa.有一帶夾套的反應(yīng)釜,釜內(nèi)為真空,0.5MPa,工作溫度<200℃,試確定:釜體的計(jì)算壓力(外壓)pc=(-0.6)MPa;釜體水壓試驗(yàn)壓力pT=(0.75)MPa.夾套的計(jì)算壓力(內(nèi)壓)pc=(0.5)MPa;夾套的水壓試驗(yàn)壓力pT=(0.625)MPa.有一立式容器,10m深,密度為ρ=1200kg/m3的液體介質(zhì),0.5MPa,100試確定該容器的設(shè)計(jì)壓力p=(0.5)MPa;計(jì)算壓力pc=(0.617)MPa;水壓試驗(yàn)壓力pT=(0.625)MPa.Ri=(0.9Di;r=(0.17)Di.承受均勻壓力的圓平板,若周邊固定,則最大應(yīng)力是(徑向 )彎曲應(yīng)力,且最大應(yīng)力在圓平板的(邊緣 )處;若周邊簡支,最大應(yīng)力是( 徑向 )和(切向 )彎曲應(yīng)力,且最大應(yīng)力在圓平板(中心 處.,其有效厚度Se,當(dāng)K≤1時(shí),其值應(yīng)小于封頭內(nèi)直徑的(0.15 )%;K>1時(shí),Se應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑(0.3 )%.對于碳鋼和低合金鋼制的容器,考慮其剛性需要,Smin=(3)mm;對于高合金鋼制容器,厚Smin=(2)mm.對碳鋼,16MnR,15MnNbR和正火的15MnVR鋼板制容器,液壓試驗(yàn),液體溫度不得低于( 5 )℃,其他合金鋼制容器(不包括低溫容器),液壓試驗(yàn)時(shí),液體溫度不得低于( 15 )℃.三、判斷是非題(是者畫√;非者畫×)厚度為60mm和6mm的16MnR熱軋鋼板,其屈服點(diǎn)是不同的且60mm厚鋼板的σs大于6mm厚鋼板的( × )依據(jù)彈性失效理論,容器上一處的最大應(yīng)力達(dá)到材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)σs(t)時(shí),即宣告該容器已經(jīng)”失效( √ )安全系數(shù)是一個(gè)不斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù),按照科學(xué)技術(shù)發(fā)展的總趨勢,安全系數(shù)將逐漸變小.( √ )當(dāng)焊接接頭結(jié)構(gòu)形式一定時(shí),焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測比率的增加而減小. ( × )由于材料的強(qiáng)度指標(biāo)σb和σs(σ0.2)是通過對試件作單向拉伸試驗(yàn)而側(cè)得,對于二向或三向應(yīng)力狀態(tài),在建立,.(√）四、工程應(yīng)用題A組：1、有一DN2000mm的內(nèi)壓薄壁圓筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大氣體工作壓力pw=2MPa,容器上裝有安全閥,焊接接頭系數(shù)φ=0.85,厚度附加量為C=2mm,試求筒體的最大工作應(yīng)力.【解（1）確定參數(shù)：pw=2MPa; pcpw=2.2MPa（裝有安全閥）;Di=DN=2000mm(鋼板卷制); Sn=22mm; Se=Sn-C=20mmφ=0.85（題中給定）;C=2mm（題中給定）.（2）最大工作應(yīng)力：tpc(DiSe)

2.2(2000

111.1MP2Se 220 a2、某球形內(nèi)壓薄壁容器,內(nèi)徑為Di=10m,厚度為Sn=22mm,若令焊接接頭系數(shù)φ=1.0,厚度附加量為C=2mm,試計(jì)算該球形容器的最大允許工作壓力.已知鋼材的許用應(yīng)力[σ]t=147MPa.【解（1）確定參數(shù)：Di=10m; Sn=22mm; φ=1.0; C=2mm; [σ]t=147MPa.Se=Sn-C=20mm.（2）最大工作壓力：球形容器.[P]

4[]tSe 4147 1.020 1.17MPw 10000 20 i eDS3,1600mm,5℃~105℃,1.6MPa,0Cr18Ni9Ti。采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,凸形封頭上裝有安全閥,試設(shè)計(jì)釜體厚度。DS【解】（1）確定參數(shù)：Di=1600mm; tw=5~105℃;pw; pc=1.1pw=1.76MPa（裝有安全閥φ=0.85（,局部探傷）C2=0（對不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)腐蝕性輕微時(shí)）材質(zhì)：0Cr18Ni9Ti [σ]t=1MPa（按教材附錄9表16-2，內(nèi)插法取值）[σ]=137MPa（2）計(jì)算厚度：iS pcDi

1.761600 14.8mmppc

2112.90.851.76C1=（按教材表4-9取值，GB4237-92《不銹鋼熱軋鋼板）, C=C1+C2=.名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=14.8+0.8=.圓整后，Sn=16mm.（1） 水壓試驗(yàn)校核 T

(DSi e2Se

0.9s有效壁厚Se=Sn-C=16-0.8=[]

137試驗(yàn)壓力

1.25PT[]tT

1.251.76112.9

2.67MPa計(jì)算應(yīng)力

PP T

(DSi e2Se

2.67(160015.2)141.86MPa215.2應(yīng)力校核0.90.92050.85156.8MPasTS 4,Di=1600mm,Sn=16mm,pc=2.5MPa,16MnR,采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,厚度附加量C=3mm,試校核貯罐強(qiáng)度?！窘猓?）確定參數(shù)：Di=1600mm; Sn=16mm; tw=-3.5℃; pc=2.5MPa.φ=0.85（雙面焊對接接頭,局部探傷）16MnR：常溫下的許用應(yīng)力[]=170MPa設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[]t=170MPa常溫度下的屈服點(diǎn)=345MPa有效壁厚：Se=SnC=16－3=13mm（2）強(qiáng)度校核最大允許工作壓力[Pw][p ]

2

21700.8513w

160013

2.33MPa∵ Pc＞[Pw] ∴該貯罐強(qiáng)度不足9Di=1400mm,pc=1.8MPa,40℃,15MnVR,介質(zhì)無大腐蝕性.雙面焊對接接頭,100%需厚度,最后根據(jù)各有關(guān)因素進(jìn)行分析,確定一最佳方案?！窘猓?）確定參數(shù)：Di=1400mm; pc=1.8MPa; t=40℃;φ=1.0（雙面焊對接接頭,100探傷；2=1mm（介質(zhì)無大腐蝕性）15MnVR：假設(shè)鋼板厚度:6~16mm，則：[σ]t=177MPa，[σ]=177MPa，s=390MPa（2）筒體壁厚設(shè)計(jì)：S pc]tpc

1.81400 21771.01.8C1=（按教材表4-9取值，GB6654-94《壓力容器用鋼板》）C=C1+C2=.名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=7.16+1.25=.圓整后，Sn=9mm.（3）筒體水壓試驗(yàn)校核 T

(DSi e2Se

0.9s有效壁厚Se=Sn-C=9-1.25=[]

177試驗(yàn)壓力 1.25P[]t1.251.8177

2.25MPa計(jì)算應(yīng)力

(DiSe)T 2Se

2.25(14007.75)27.75

204.35MPa應(yīng)力校核0.90.93901351MPaTS 封頭厚度設(shè)計(jì)半球形封頭：iS pcDi

1.81400

3.57mmp]tpc

41771.01.8C1=（按教材表4-9取值，GB6654-94《壓力容器用鋼板》）C=C1+C2=.名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=3.57+1.25=.圓整后，Sn=5mm.S

KpDcic

1.01.81400

7.1mmp]t0.5pc

21771.00.51.8名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=7.1+1.25=.圓整后，Sn=9mm.標(biāo)準(zhǔn)碟形封頭：MpDS c

1.3251.81400

9.4mmp]t0.5pc

21771.00.51.8名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=9.4+1.25=.圓整后，Sn=11mm.從計(jì)算結(jié)果看，最佳方案是選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭?！痘み^程分析與合成》習(xí)題第一章化工過程分析的含義是什么？化工過程合成的含義是什么？常見化學(xué)反應(yīng)過程的類型有哪些？請舉例說明。PIDDCS的含義和作用。穩(wěn)態(tài)模擬和動(dòng)態(tài)模擬的特征分別是怎樣的？人工智能技術(shù)的含義是什么？第二章過程系統(tǒng)模擬有哪幾類問題？過程系統(tǒng)的模擬分析是指什么，用流程框圖畫出其示意圖。過程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的含義是怎樣的？用流程框圖畫出其示意圖。過程系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的含義是怎樣的？用流程框圖畫出其示意圖。請解釋過程系統(tǒng)模擬的序貫?zāi)K法含義，特點(diǎn)，適用范圍。請解釋過程系統(tǒng)模擬的面向方程法含義，特點(diǎn)，適用范圍。請解釋過程系統(tǒng)模擬的聯(lián)立方程法含義，特點(diǎn)，適用范圍。什么？判斷最佳斷裂的準(zhǔn)則是什么，如何用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示？請解釋有效斷裂組、多余斷裂組、非多余斷裂組。請描述搜索斷裂組的替代規(guī)則。解釋斷裂族的概念。再循環(huán)物流斷裂處設(shè)置收斂單元，其功能有哪些？適合于收斂單元的數(shù)值計(jì)算方法一般應(yīng)滿足哪些條件？直接迭代法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)是什么？響？60,240,的單元有多少個(gè)？請畫出下面不可分割子系統(tǒng)的回路矩陣，并尋求最優(yōu)斷裂組。S7S5S5IS1IIS2IIIS3IVS4VS6直接迭代法求解下列方程組。10xx

2x

7.2x1 2x 210 x

8.31 2 3直接迭代法求解下程x 5x 4.21 2 32X1＋X32X2－1 2第四章2kg2kg120元；3k1kg100600k試確定甲、乙兩種產(chǎn)品各生產(chǎn)多少件，才能使該廠的總產(chǎn)值最大？A、、C、D1-112、8、1612(一臺(tái)設(shè)lh稱為一臺(tái)時(shí))20元，每生產(chǎn)一件30元。問應(yīng)如何安排生產(chǎn)計(jì)劃，才能得到最多利潤？某工廠生產(chǎn)、II兩種商品,已知生產(chǎn)單位商品所需的設(shè)備臺(tái)時(shí)、A、B兩種一件商品可獲利3元，每生產(chǎn)一件商品II可獲利4元。寫出使該