化工机械设备试题与解答

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1、0 40 5 学年其次学期期末考试试卷 化工机械根底 卷 共 4 页考试时间：2023 年 6 月 21 日化工 学院年级 2023 级学号专业班姓名题号得分一二三成绩一、名词解释共 10 分，每题 2 分1、疲乏强度：金属材料在循环应力下，经受无限次循环而不发生破坏的最大应力称为“疲乏强度”，用s表示。对于一般钢材，以 106107 次不被破坏的应力，r作为疲乏强度。2、断面收缩率：主要反响材料局部变形的力量。以试件拉断后，断面缩小的面积与原始截面面积 A的比值的百分数来表示，y=A - A0100% ，A 为试件断0A0裂后的最小截面积。3、薄壁容器：依据容器外径 D与内径 D 的比值 K

2、 来推断，K1.2 为薄壁容器。0i=KD0 Di4、同素异构转变：在固态下晶格构造随温度发生变化的现象，称“同素异构转变”5、垫片密封比压力：在法兰密封中形成初始密封条件的压紧应力叫垫片密封比压力。二、问答题共 33 分1、画出低碳钢和铸铁的拉伸和压缩应力应变示意图，简要说明两种材料的的性能差异。8 分低碳钢拉伸和压缩时的应力应变图铸铁拉伸应力应变图 铸铁压缩应力应变图低碳钢拉伸和压缩时的比例阶段和屈服阶段重合，说明此时拉伸和压缩的材料性能全都。低碳钢压缩时不发生断裂破坏，无强度极限。铸铁拉伸和压缩时，最终都发生断裂破坏，且塑性变形小，没有屈服阶段， 铸铁的拉伸和压缩的应力应变曲线的变化趋势

3、全都，但拉伸时的强度极限远小于压缩时的强度极限，说明铸铁材料适用于受压缩的状况，而较少用于受拉伸状态。2、以下钢号各代表何种钢，符号中的字母和数字各有什么意义？8 分 Q215-B.F 代表 一般碳素钢钢种，其中 Q 为 屈服强度的头一个拼音字母，215 为屈服强度值，B 表示质量等级，F 表示沸腾钢。20A 代表高级优质碳素钢，20 为含碳量 0.2%。15MnVDR 代表一般低合金钢，含碳量 0.15%左右，含 Mn 小于 1.5%，含 V小于 1.5%，D 表示低温用钢，R 代表容器用钢H80 代表 黄铜钢种，H 为黄铜牌号，80 表示平均含铜 80%，含锌 20%。 3、不锈钢一般承受

4、何种方式进展焊接，这种焊接方法的特点是什么？4 分不锈钢一般承受氩弧焊进展焊接。氩弧焊特点：用氩气为保护介质，是惰性气体，既不与金属起化学反响也不溶于液态金属，可避开焊接缺陷，获得高质量的焊缝。由于氩气比较稀缺，使其焊接本钱较高，目前主要用来焊接易氧化的有色金属、稀有金属、高强度合金钢及一些特别用途的高合金钢。4、一设备法兰的操作温度为 2700C，工作压力为 0.8MPa，当材料为 Q235-B 和15MnVR 时应分别按何种公称压力级别确定法兰几何尺寸。4 分Q235-B 应按公称压力 1.6MPa 级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR 应按公称压力 1.0MPa 级别确定法兰的几何尺寸。

5、5、以下容器属一、二、三类容器的哪一类？4 分（1） 直径为 2023mm，设计压力为 1MPa 的圆筒形容器（2） 设计压力为 3.6MPa 的搪玻璃压力容器（3） 设计压力为 0.5MPa 的管壳式余热锅炉（4） p 为 3MPa 的氰化氢容器（1） 为一类容器；2为三类容器；3为二类容器；4为三类容器。6、分析安装在户外的塔体受哪些载荷的作用？说明这些载荷将引起何种变形？5 分答：主要受工作压力、重量载荷、风载荷、地震载荷以及偏心载荷的作用。对各种载荷影响的考虑：（1） 工作压力引起拉伸变形；（2） 重量载荷引起的轴向拉伸和压缩变形；（3） 风载荷造成的风弯矩，引起弯曲变形；（4） 垂直

6、地震力引起的轴向拉伸和压缩变形，水平地震力形成地震弯矩， 引起弯曲变形；（5） 偏心载荷造成偏心弯矩，引起弯曲变形，同时也产生压缩变形。四、计算题共 57 分1、一个低合金钢内压反响塔，筒体内径 Di= 1000mm ，标准椭圆形封头，工作压力2.0MPa 装有安全阀，工作温度 2700C ，塔体承受单面手工电弧焊，100%无损探伤，内部介质有稍微腐蚀性。设计塔体壁厚，并校核水压试验强度 。 s t = 144MPa，s = 170MPa， s= 345MPa，sD(s= pTi+ d )e 0.9js10 分T2dse表钢板负偏差 C mml钢板厚度4.55.5678252630323436

7、40负偏差0.20.60.80.911.1解：依据题意， C2 = 1mm ，j = 0.9 ， p = 1.05 2 = 2.1MPa pDd=i+ Cd2 s t j - p2=2 1.05 10002 144 0.9 - 2 1.05+ 1.0 = 9.17mm再加上钢板负偏差C1= 0.8mm ，然后圆整，取dn= 10mm 厚。水压试验校核：()1.25 2 1.05 170 (1000 + 8.2)s= pTD + die=144= 190.5MPaT2de2 8.20.9js= 0.9 0.9 345 = 279.5MPa ，ss 0.9js ，Ts所以水压试验时强度足够。2、D

8、N2023 的低碳钢外压圆筒，筒体长 4500mm，壁厚 10mm，两侧封头凸面高度600mm，介质无腐蚀。试计算筒体能承受的许可外压，并推断发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数是等于 2 还是大于 2？。8 分。e p= 2.2E d3(d ， p= 2.59EeD )2.50， E = 2 105MPa crDcrL D001C解： C1= 0.8mm ，2D= 1mm ， L = 4500 + 3 600 2 = 4900mm2023L= 1.17 Dcr00= 1.17 2023de8.2= 37094mmL 2 。 8.2 2.5(dD)2.5 2023 p= 2.59Ee0= 2

9、.59 2 105 = 0.224MPacrL D0 4900 2023 p= pcr = 0.075MPa m3、如下图，两端固定的变截面直杆在连接处受到70kN 的 力 ， 已 知 ： A1= 5cm 2 ， A2= 4cm 2 ，E = 200GN / m 2 ， E= 250GN / m 2 ，求出两端约束12反力的大小并画出轴力图。9 分 解：P LP LDL =11 +22= 0E AE A1122()P= 0.2 103170 - P-1 0.5 103200 109 5 10-4250 109 4 10-4所以 P1= 50kN ， P2= 20kN ，方向都是向左。4、如下图

10、，直径为 50mm 的实心梁上受到一均布载荷和一力偶的作用。1列出剪力方程和弯距方程，2画出剪力图和弯矩图，3求危急横截面上最大正应力。15 分2 - 2x0.5m x 1m解：约束反力 R = 1kN.m ， M = 2.75kN.m ， 剪力方程： Q(x)= 1kN.m0 x 0.5m2x - x 2 -10.5m x 1m弯距方程： M (x)= x - 2.750 x 0.5msmax= M maxJ ymaxZ= 2.75 103 0.05 / 2 = 224MPap0.054645、搅拌反响釜的传动轴直径D为20mm，材料为 45 钢， G = 80GPa ， 其传递的轴功率为

11、1.5kW，搅拌转速n = 100r / min ，1求扭转时传动杆横截面上所受到的最大剪应力是多少？传动轴单位长度上的扭转角是多少？2假设传动轴还受到轴向的压力 P = 8kN 和弯曲力矩 M = 0.1kN.m 的作用，如下图，请分别用第三和第四强度理论计算该传动轴危急点处的相当应力。15 分解：1 M= 9550 N= 9550 1.5= 143.25N / mnn100MMt=n =nmaxWp= 91.2MPar16 D3q = jL=n=MGJ r143.25p80 109 32 0.024= 0.114rad2下外表为危急点，在该处取应力单元体s= - P - M= -8 103-0.1103= -152.8MPaxAWppz4 0.02232 0.023s= 0 ，tyxy= 91.2MPasmaxsmins+s=x 2y =42.6MPasx-s2y +t22xy-195.4MPas= s- s= 238MPar 313s=1 (s421- s )2 + (s22- s )2 + (s33- s )2 = 219.8MPa1