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化工设备机械基础模拟复习题
一 解释以下术语
力偶 力的平移原理 固定端约束 名义屈服极限 虎克定律 剪切胡克定律 弹性模量 线应变 强度指标 应力状态 主应力 广义虎克定律 硬度 韧性 剪力互等定理 厚度附加量 应力集中 有效厚度 纯剪切 扭转角
绕度 公称直径 封头 临界长度 临界压力
二 填空
1 两力杆的变形特点是 ；圆轴扭转的变形特点是 。
2 直径为10mm的直杆两端受1KN的拉力，则与轴线成300角的斜截面上的正应力为 ，剪应力为 。
3 脆性材料一般用作成压部件的原因是 ；圆轴扭转时常用空心的代替实心的，理由是 。
4 有一三向主应力状态，σ1>σ2>σ3 ,则最大剪应力为 ，其作用位置在 。
6 有效厚度δe、名义厚度δn、设计厚度δd、计算厚度δ的大小顺序为 ；工作压力pw、安全压力ps、设计压力pd的大小顺序为 。
7 外压短圆筒的临界压力与 因素有关；长圆筒增设加强圈的作用是 。
8 在容器附件中，常用标准手孔的公称直径有 ；圆形标准人孔的公称直径有 。
3．15MnVDR 代表普通低合金钢，各元素含量为 ，D表示低温用钢，R代表 。
4椭圆形封头常带有直边，其作用是 ； 。
5 在圆筒壳体表面开椭圆孔，应使椭圆的 （填长轴或短轴）与轴线平行；锥形壳体应在 开孔。
3 一般将含碳量 的铁碳合金称为铸铁；金属材料20CrMnTi所表示的意义是 。
4外压圆筒的失稳破坏一般有环向失稳和 ；短圆筒的环向失稳一般产生 波形。
5长圆筒增设加强圈的作用是① ；② 。
3．当设备直径超过900mm时，应开设人孔。人孔形状有 两种 ，标准椭圆形人孔尺寸为 。
1 普通碳素钢材料的应力—应变曲线有 ，屈服阶段， ， 四个阶段。

4材料代号HT150 的含义是 ；1Cr19Ni9Ti的含义是 。
5压力容器在设计过程中引入厚度附加量概念，厚度附加量包括 和
两部分，钢板的加工精度和厚度决定了 的大小。
6 椭圆形封头常带有直边，其作用是 ； 。
4 如果外压容器的设计压力大于许用压力，应采取 和 措施。

1 轴向拉压杆的受力特点是 ，其变形特点是 。
2．材料的机械性质表现为强度、 、 ， 四个指标。
3材料代号Q235-AF含义是 ；20R的含义是 。
4 压力容器在使用前或使用一段时间后都要进行压力试验，其目的是 ； 。
6 压力容器及其零部件标准化的基本参数是 ， 。

三 判断是非
1．ΣFx = 0 ，ΣM(A) = 0 ，ΣM(B) = 0 三方程可以解决平面力系的平衡问题 （ ）
1只受到二个力作用的构件称为二力构件 （ ）

2材料的塑性随温度的降低而减小 （ ）

5受力构件上某点的应力状态与其方位无关 （ ）
6管子的公称直径介于内径与外径之间 （ ）

7回转壳体的轴向应力与环向应力的计算是通过受力平衡推导出来的 （ ）

8圆筒上开椭圆孔，应使其短轴与圆筒轴线垂直（ ）
8当锥壳的半顶角超过600时，其厚度可按平盖计算 （ ）
8无折边的锥形封头与筒体的连接部分都需要加强 （ ）

四 选择题
1 右图一支架受力达到平衡，下列平衡方程线性相关的一组是 。
A ΣX=0 ；ΣY=0 ； ΣM(A)=0
B ΣX=0 ；ΣM(B)=0 ；ΣM(C)=0
C ΣY=0 ；ΣM(C)=0； ΣM(A)=0
D ΣY=0 ；ΣM(B)=0 ；ΣM(A)=0

2 如右图所示：若不考虑弯曲剪切的影响，则A点、B点的应力状态分别是 。
A. 0；2 B. 1；2
C. 2；1 D. 0；1

3 有一Φ25×5的空心圆轴，现改用材料相同的实心轴代替，在相同的外扭矩作用下达到相同的强度与刚度要求，所用材料体积为原来的 倍。
A. 1.424 B. 1.524 C. 1.324 D. 1.224
4 下列容器属于三类容器的是
A直径为2000mm，设计压力为10Mpa的废热锅炉。
B设计压力为0.6Mpa的氟化氢气体储罐。
C为1.0Mpa的搪玻璃压力容器。
D设计压力为常压的煤气气柜。
1 下列有关力偶性质的说法不正确的是 。
A 力偶对刚体的作用是纯的转动效应。
B 可任意改变力偶中两力的大小和力偶臂，使力偶矩不变。
C 力偶矩不变时，可以移到与其作用面平行的平面内。
D 力偶矩大小、转向和作用面为力偶的三要素。
2 当外力不变时，随使用温度的提高，材料的机械性质一般会发生变化。下列正确的一组是 。
A. E会增大；μ会减小； ε会减小； σb会减小。
B. E会减小；μ会增大； ε会减小； σb会增大。
C. E会减小；μ变化不大； ε会增大； σb会减小。
D. E会增大；μ变化不大；ε会增大； σb会减小。

4 有关内压椭圆形壳体的应力分布不正确的是 。
A 顶点（x=0）处的经向应力与环向应力相等。
B 从顶点到边缘经向应力恒为拉应力。
C 当长短轴的平方比小于2时，环向应力恒为拉应力。
D 从顶点到边缘环向应力恒大于零。

6 卧式容器的支座有三种形式，下列选项正确的是 。
A. 鞍座、圈座、支腿 B. 鞍座、圈座、耳式
C. 裙式、圈座、鞍座 D. 裙式、圈座、支腿
5 常用作容器中两独立受压室的中间封头，也可以用作端盖使用的封头是 。
A. 球冠形封头 B. 蝶形封头 C. 球形封头 D.椭球形封头
6 承受外压的圆筒会产生稳定性破坏，可通过增设加强圈来克服稳定性破坏。下面对加强圈作用的表述不正确的是： 。
A. 可缩短圆筒的计算长度 B. 可提高临界压力
C. 可增加圆筒的刚性 D. 可降低连接处的边缘应力
1 如右图所示悬臂梁，长1m 。 力F为1kN，与梁的几何轴线夹角为300，则固定端A所受约束反力矩为 。
A 866N.m B 500N.m
C -866N.m D -500N.m

3 有一直径40mm的实心圆轴，在抗扭强度不变的条件下， 现用内径30mm、横截面积不变的同等材料的空心圆环轴代替，外加扭矩可提高到原来的 倍。
A 1.7 B 1.5 C 2.1 D 1.3

4 某水平放置的简支梁AB，在C 点作用一集中力F，且AC=1/3 AB。现将F均匀地作用在AB上，则最大弯矩是原来的 倍。
A 9/16 B 1/2 C 5/16 D 4/9

5 如右图所示的悬臂梁，横截面为矩形，其右端作用一力偶m. A、B两点的应力状态分别为 。
A 0 ；1 B 1 ；2
C 1 ；0 D 2 ；1

6 在铁碳合金中，碳的存在形式决定了铁碳合金的机械性能， 的含量越大，其硬度、强度就越大。
A 石墨 B 铁素体 C 奥氏体 D 渗碳体
7 当容器的直径较小时，可直接用无缝钢管制作，此时容器的公称直径是指 。
A 内径 B 中径 C 外径 D 与外径相对应的某一数值。
8 关于回转壳体圆柱壳、球壳、圆柱壳的应力描述正确的是 。
A 圆筒的环向应力是经向应力的一半
B 球壳的环向应力与压力相同的圆筒的环向应力相等
C 球壳的环向应力与压力相同的圆筒的经向应力相等
D 锥壳应力随纬圆半径和半锥角的增大而减小。
9内压容器在设计过程中有名义厚度δn、有效厚度δe、、计算厚度δ之分，它们的大小顺序为 ；
A δn > δ≥ δe B δn >δe ≥δ
C δe ≥δn >δ D δn ≥δe >δ
10 承受外压的圆筒会产生稳定性破坏，可通过增设加强圈来克服稳定性破坏。下面对加强圈作用的表述不正确的是： 。
A. 可缩短圆筒的计算长度 B. 可提高临界压力
C. 可增加圆筒的刚性 D. 可降低连接处的边缘应力
7 有缝钢管用来输送低压流体，其公称直径是指 。
A 内径 B 中径 C 外径 D 与外径相对应的某一数值。
9 内压容器在设计时有工作压力pw、计算压力pc、设计压力pd之分，这三种压力的大小顺序为 。
A pd > pw > pc B pd > pc > pw
C pc > pw > pd D pc > pd > pw

6 理想晶体的晶体结构可看成是由一个个晶胞按一定规律排列而成的，晶胞类型有面心立方、体心立方、密排六方三种。其中面心立方晶胞中的原子个数为 。
A 14 B 12 C 9 D 17
5 外压容器按临界压力的大小可分为长圆筒和短圆筒，长圆筒的临界压力与下列 因素无关。
A. 材料性质 B. 操作条件 C. 厚径比 D. 长径比
2 有一水平直杆，两端受到相等的拉力作用。 其横截面上产生的正应力为σ0。则与轴线成600的斜截面上的切应力为 。
A 0.866σ0 B 0.5σ0 C 0.433σ0 D 0.577σ0
3下面有关圆轴产生纯扭转变形的几何特点与应力分布的描述，不正确的是 。
A 几何变形符合平面截面假设 B 相邻两横截面相对扭转一个角度
C 横截面上每一点切应力方向与径向垂直
D 半径相同的位置切应力相等。
3一横截面尺寸为40×10长方形等直杆，垂直放置比水平放置时抗弯强度提高了 倍。
A. 4 B. 2 C. 3 D. 6
3 一横截面为正方形（变长为a）的物体在其几何轴线上受到拉力F 作用,此时拉应力为σ0；现在其中部挖一深a/2的缺口，若此时的组合应力为σ，如图所示。则σ是σ0的 倍。
A. 4 B. 6
C. 8 D. 10

五 简答题
1 画出普通碳素钢的应力—应变曲线，并说明每一阶段的特点。
2 比较说明内压圆筒、球壳、圆锥壳体的经向应力和环向应力。
2叙述外压圆筒的厚度设计方法。
1简述复杂应力下的强度理论及应用场合。
2从容器的安全、制造、使用等方面说明对化工容器机械设计有哪些基本要求？
1　化工容器零部件标准化的意义是什么？标准化的基本参数有些？

六 应用计算题

四 试求下列各梁的剪力和弯矩方程，其中a=2m， P=1KN （12分,每题6分）。

五（9分）

有一立式圆筒形储油罐，罐体中径 D=5000mm, 厚度δ=10mm ，油的液面离罐底面高H=18000mm，油的相对密度为0.7，试求：当p0=0.1Mpa(表压)时，油罐筒体上的M点的应力及最大应力？

六（16分）
如图所示，扭矩，轴向力，作用在直径的钢轴上若，求圆轴外圆周的危险点A处（1）主应力的大小；（2）主平面位置；（3）最大剪应力；（4）分别用第三、第四强度理论计算该点的相当应力。

1．如图所示，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）求危险横截面上最大正应力。（13分）

2．已知搅拌反应釜的传动轴直径D为20mm，材料为45钢。其传递的轴功率为1.5kW，搅拌转速，（1）求扭转时传动杆横截面上所受到的最大剪应力是多少？（2）若传动轴还受到轴向的压力和弯曲力矩的作用，如图所示，请分别用第三和第四强度理论计算该传动轴危险点处的相当应力。（15分）

3．一个低合金钢内压反应塔，筒体内径，标准椭圆形封头，设计压力2.1MPa，工作温度，塔体采用单面手工电弧焊，100%无损探伤(焊缝系数取0.9)，厚度附加量取1.8mm。设计塔体壁厚，并校核水压试验强度。（，，，）（9分）

1．试求下列梁的剪力和弯矩方程，并作剪力图和弯矩图。求出最大剪力和弯矩。已知AC长度为a , CB长度为2a。 （14分）。

4．今欲设计一台内径1200mm的圆筒形容器。工作温度为10℃ ，最高工作压力为1.6MPa。筒体采用双面对接焊，局部探伤（焊缝系数取0.9）。端盖为标准椭圆形封头，采用整板冲压成型。容器装有安全阀，材质为Q235-B,该材料在常温下的许用应力为140 MPa。容器为单面腐蚀，腐蚀速度为0.2mm/a，钢板厚度负偏差取0.8mm，设计使用年限为10年，试设计该容器筒体及封头厚度。（10分）
2．试求下列梁的剪力和弯矩方程，并作剪力图和弯矩图。求出最大剪力和弯矩。已知AB长度为2a , BC长度为a, F=qa。 （12分）。

1.如图所示结构，A、B、C、E、F、G处均为铰接。已知F=1500N，AD=DB=2000mm，BE=1000mm，EC=3000mm，∠CEF=450 .试求A处反力及杆EF、CG所受的力。（12分）

1. 如图所示，一管道支架ABC。A、B、C处均为理想的圆柱形铰链约束。已知该支架承受的两管道的重量均为G=4.5KN，管道C在AB的中点，且∠ABC=450 试求:
(1)梁AB所受反力；（2）若BC为圆钢，[σ]=125MPa , 求其满足强度条件时最小直径。（12分）

1.起重机横梁AB重G为4kN ,起吊重W为10kN 。B端用钢丝绳BC拉着，其自重不计。A、B、C处均为铰接，∠ABC=300, AB长2m, 起吊点D离B点0.5m 。（如图所示）。若钢丝绳的许用应力为120MPa,钢丝绳的直径至少为多少？（12分）

3． 卧式离心机转鼓重G=2.0KN，电动机传递功率P = 10KW，转速 80 r/min。传动轴的许用应力为100MPa 。试分别按第三、第四强度理论设计轴的直径 （16分）

4. 某化工厂反应釜，内径1600mm，工作温度5 ~105℃，工作压力1.6MPa，釜体材料选用0Cr18Ni10Ti。焊接采用双面对接焊，焊缝系数取0.9，局部无损探伤，标准椭圆形封头上装有安全阀, 焊缝系数取1.0。设计条件为：许用应力110 ~137MPa，腐蚀裕量取1mm，钢板厚度负偏差取0.8mm。设计筒体和封头厚度。（10分）
4．今欲设计一台内径1200mm的圆筒形容器。工作温度为10℃ ，最高工作压力为1.6MPa。筒体采用双面对接焊，局部探伤（焊缝系数取0.9）。端盖为标准椭圆形封头，采用整板冲压成型。容器装有安全阀，材质为Q235-B,该材料在常温下的许用应力为140 MPa。容器为单面腐蚀，腐蚀速度为0.2mm/a，钢板厚度负偏差取0.8mm，设计使用年限为10年，试设计该容器筒体及封头厚度。（10分）
1. 梁AB、BC在B点通过圆柱铰链连接，C点为固定端约束。已知q=10KN/m, a = 1m，求A、B、C 处反力。（12分）