化工设备机械基础
屯堡人-乡音乡情歌词
2023年3月20日发(作者：containment)。
。1
一、填空题（共4小题，每空1分，共计10分）
1．已知杆件作用力如图示，F1=8kN，F2=20kN，F3=8kN，
F4=4kN，则AC段轴力为8kN，CD段轴力为
-12kN，DB段轴力为-4kN。
2．提高梁抗弯强度的主要措施有（1）合理安排梁的受力情况；（2）选用合理截面；（3）采
用变截面梁。
3．长圆筒失稳后出现2个波，短圆筒失稳后出现3个及以上的波数。
4．开孔补强的设计原则是等面积补强法的设计原则和塑性失效补强的设计原则。
二、选择题（共10小题，每题2分，共计20分）
1．左端固定的圆截面直杆受扭转力偶作用，如图1所示，杆中的最大扭矩|Tmax|为（B）mkN。
A．6B．7C．8D．9
2．简支梁受集中力作用，如图2所示，以下结论中（C）是错误的。
A．AC段，剪力表达式为
L
Fb
xQＢ．AC段,弯矩表达式为
x
L
Fb
xM)(
；
Ｃ．CB段，剪力表达式为
L
Fa
xQ
Ｄ．CB段,弯矩表达式为
)()(xL
L
Fa
xM
3．铸铁拉伸试验破坏由什么应力造成？破坏断面在什么方向？以下结论哪一个是正确的？（D）
A．切应力造成，破坏断面在与轴线夹角45º方向；
B．切应力造成，破坏断面在横截面；
C．正应力造成，破坏断面在与轴线夹角45º方向；
D．正应力造成，破坏断面在横截面。
4．工作压力为10Mpa，容积为2m3的乙烯贮罐属于（C）。
A．Ⅰ类容器B．Ⅱ类容器C．Ⅲ类容器D．不上类
5．最终在图纸上标注的厚度为（A）。
A．名义厚度B．计算厚度C．设计厚度D．毛坯厚度
6．目前国内外广泛采用的中低压容器封头是（D）。
A．锥形B．蝶形C．半球形D．椭圆形
7．对于存储有毒介质的法兰密封面型式，一般不选用（A）。
A．平面型B．凹凸面型C．榫槽面型
8．对于薄壁圆筒内压容器来说，理论上筒壁上环向压力是经向压力的（C）倍。
A．1/2B．1C．2D．4
9．下列不属于工程上常采用的开孔补强结构的是（B）。
A．补强圈补强B．多层包扎补强C．厚壁管补强D．整体锻件补强
题号一二三四总分
总分1
得分
题1图
题2图
。
。2
10．压力容器标准法兰不包括（D）。
A．甲型平焊法兰B．乙型平焊法兰C．长颈对焊法兰D．短颈对焊法兰
三、是非题（共10小题，每题1分，共计10分）
1．若要构件在外力作用下能够安全可靠地进行工作，则构件需要满足强度条件、刚度条件和稳定性
条件。（√）
2．胡克定律指出在拉伸和压缩过程中，应力和应变成正比关系。（√）
3．应力集中因数反应的是应力集中的程度。（√）
4．因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用半球
形封头。（×）
5．圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴椭圆孔之长轴平行
于筒体轴线。（×）
6．介质与压力一定，壁厚越大，薄膜应力就越小。（×）
7．容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。（×）
8．外压和真空容器不应以内压进行压力试验。（×）
9．压力容器孔边应力集中的程度与孔径大小、器壁厚度及容器直径等因素有关。（√）
10．轮齿折断是轮齿失效的主要形式之一。（√）
四、分析、计算题（共60分）
1．图示结构，分别画出受力图分析AB、BC杆的受力。（6分）
（3分）（3分）
2．变截面直杆受力如图，已知A1=400mm2，A2=300mm2，[]=100Mpa，试校核杆件的强度。（7分）
解：（1）画轴力图（2分）
（2）求最大应力
3
N
1
3510
87.5MPa
400
AB
AB
F
A
（1分）
MPa5.67
400
10273
1
CN
A
F
B
BC
（1分）
3
N
2
2710
90MPa
300
CD
CD
F
A
（1分）
MPa90
max
CD
（3）强度校核
max
90MPa<
强度满足。（2分）
3．图示传动轴，A轮输入功率PA=50kW，B、C轮输出功率PB=30kW，PC=20kW，轴的转速n=300r/min。
1）画轴的扭矩图，并求Tmax。2）若将轮A置于B、C轮之间，哪种布置较合理？（8分）
。
。3
解：（1）计算外力偶矩
50
95491592Nm
300A
M（1分）
30
9549955Nm
300B
M（1分）
20
9549637Nm
300C
M
（1分）
画传动轴的扭矩图（1分）
得：|Tmax|1=1592kN·m（1分）
（2）将轮A置于B、C轮之间,画扭矩图（1分）
得：|Tmax|2=955kN·m<|Tmax|1（1分）
可见，后一种布置较前种布置合理。（1分）
4．图示外伸梁，F=500N，a=0.4m,材料的[]=120MPa。试画出弯矩图，并按弯曲正应力强度准则设
计圆截面直径d。（7分）
解：（1）画梁的弯矩图求最大弯矩（3分）
max
MFa
（1分）
（2）强度计算
由正应力强度准则
maxmax
max
3
[]
0.1
z
MM
Wd
（2分）
3
max
3
3
5000.410
25.5mm
0.1[]0.1120
M
d
（1分）
所以，梁的直径取d=26mm。
5．图示为一厂房的牛腿柱，设由房顶传来的压力P1=100KN，由吊车梁传来压力
P2=30KN，已知e=0.2m，b=0.18m，问截面边h为多少时，截面不出现拉应力。
并求出这时的最大压应力。（7分）
解：（1）求内力：
M=P2e=6KN.m（1分）
N=P1+P2=100+30=130KN（1分）
（2）求应力：
36
max
2
13010610
0
0.18
0.18/6
z
PM
AWh
h
（2分）
∴h=276.9mm，取h=280mm（1分）
36
max
2
13010610
5.13
0.180.28
0.180.28/6
z
PM
MPa
AW
（2分）
6．有一圆筒形乙烯罐，内径Di=1600mm，壁厚δn=16mm，计算压力为pc=2.5MPa，工作温度为-3.5℃，
材质为Q345R，采用双面焊对接接头，该材料常温和设计温度下的许用应力为170Mpa，常温屈服强度
。
。4
为345Mpa，厚度附加量C=3mm，试校核贮罐强度。（6分）
解（1）确定参数：Di=1600mm；δn=16mm；tw=-3.5℃；pc=2.5MPa；φ=0.85（双面焊对接接头,局
部探伤）
Q345R：常温下的许用应力：[]=170MPa
设计温度下的许用应力：[]t=170MPa
常温度下的屈服点：s=345MPa
有效壁厚：δe=δn－C=16－3=13mm
（参数确定总计2分）
（2）强度校核
最大允许工作压力[Pw]
2[]
21700.8513
[]2.33
160013
t
e
w
ie
pMPa
D
（2分）
∵Pc＞[Pw]∴该贮罐强度不足（2分）
7．某化工厂反应釜，内直径1400mm，设计温度170℃、工作压力1.5MPa，釜体上装有安全阀，其
开启压力1.6MPa。釜体材料0Cr18Ni10Ti钢板，双面对接焊、全部无损检测，厚度负偏差0.8mm，
腐蚀裕量0，该材料常温许用应力为137Mpa，设计温度下的许用应力为134.2Mpa。试确定反应釜筒
体和该反应釜标准椭圆形封头的厚度。（12分）
解：（1）设计参数确定
设计压力p=1.6MPa(取安全阀的开启压力)，计算压力pc=p=1.6MPa(题中未给出确定液拄
静压力的条件，故取其为零)；（2分）
0Cr18Ni10Ti钢在20℃时、[σ]=137MPa，在170℃时、[σ]t=134.2MPa；厚度附加量C=C1+C2=0.8mm
（1分）
焊接接头系数
0.1
（对接双面焊、全部无损检测）；（1分）
（2）筒体厚度确定
mm
p
Dp
c
t
ic4.8
6.10.12.1342
14006.1
][2
；（2分）
8.4+0.8=9.2mm，按钢板厚度规格向上圆整得名义厚度
mm
n
10
（1分）
（3）封头厚度确定
采用标准椭圆形封头，计算厚度为：
mm
p
DKp
c
t
ic37.8
6.15.00.12.1342
14006.100.1
5.0][2
（2分）
mmCC17.98.0037.8
12
，按钢板厚度规格向上圆整得
mm
n
10
。（1分）
有效厚度
100.89.2
en
Cmm（1分）
mmD
i
1.21400%15.0
100
15.0
；
。
。5
9.2mm＞2.1mm，满足标准椭圆封头有效厚度不得小于其内直径0.15%的要求。（1分）
8．如图，是一个原料混合罐，介质为醋酸甲酯、甲醇、醋酸、苯，设备总重为2540Kg，充水重10480kg，
设备总长约4930，筒体长度4000，公称直径1500筒体材料022Cr17Ni12Mo2，若选择BⅠ带垫板鞍
式支座是否合适（该鞍座最大允许载荷272kN），如果合适正确标记出此对鞍式支座，并设计位置。
（7分）
解：
（1）根据设备公称直径1500mm，及实际承载能
力约100KN，确定选择重型BⅠ、包角为120°
带垫板的鞍式支座合适，Q远小于[Q]；（2分）
（2）鞍座标记为
JB/4712.1-2007鞍座BⅠ1500-F（1分）
JB/4712.1-2007鞍座BⅠ1500-F（1分）
鞍座材料栏标记为：Q235-B/022Cr17Ni12Mo2。其中鞍座材料Q235-B，垫板材料022Cr17Ni12Mo2；
（1分）
（3）鞍座的距离（A0.2L且尽可能使A≤0.5Ri）可得最好A≤750，可取500；（2分）
。
。6
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