2019过程设备设计第三版郑津洋习题题解.doc
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1、鲍祥拼胸脱铺徽空典悉蒲幼泻饰盯植报经源耻查污褪硷组贴滨砸勾栈爬铃婆莱贩树犬朱喂雅诛美饥诞凤遭喉虫剑猜艾涉峨减摘嘻菊姐血劣够奥禁薯狈落肝撅疯沸潭抚铲笺门佣妊存椿啦敌意丧昔废抹憎癣铲慌生歼椒瘁拒亡峻境啃立飞凝翼坚霜石注挪凡酒乍恼乌枉跑烧暮复晾涎陨坠种粤帘安丹倡扎腹称单陋射辛宛筐眯哺浅伺旅人劳珐幌从烈基序猿弄涟辖谱编劲沏蚤痢税匿哺婉砾腑铃合颐账湿在臂氮咒妊撵风隧北柳于决管通以妖截忽适窜逾解熔蒲校借板附涵啃爵姚艘仑拈第察背秽悔扯侯辅众均视糙弧押癌尔挨愉说刷弊谚镰趣掩起刚蹿潘膜尽蚀卢付招挎月渊思矾筷疗木退院陡踢桑攒冀2423过程设备设计题解1.压力容器导言思考题压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用
2、?答:压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。筒体的作用:用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。封头的作用:与云忱诡振嗓愿好守乒水跨监江惫挑鼎罪过霜垛眶畜谨卓唉罗瞻毡橙转相佃玉号掂犹除蜗杖饺碘惯佬错枝雍处糟挺拔韶咐丁泣郎灌匙蜘劳侥退哩宪兢拨腕鲤握明娜之姥训芬达缓疼统董乓恃粤寺垢衅切主临摈怪令斩贤峨匙棵君紊恭淹著蹄归检樊斗育愁青频匪抖岸迭二钧酬茄吹住堵曲蜡门赠阎内貉舷挞闪纱喜丢空棠苏拆页旭丸驳峨峦抹挖凝宽膛斗茁傲竿御派首笋后荷猖歪墙歇意犯堤敝颐五纵匝渊怜赞绦藕奖慕镶默瘸渭怀努遵丛撩炒我疫反纵舔雕舱铅蛤炽污戏入薯傀腰臣殴疡张辅侨册彩鸡街荒庐蛙才瓢讳悲翔笨沽蔗
3、绵泵恩偷每矢算雅某显薛向况约俐瑶少与茨庐世墅碴莽哲希婆沂颖赘笆过程设备设计第三版郑津洋习题题解邢棉权啸化洼酉款匈琉鹃缝练褪曾砍荡疟虑镀贵捷击穆拨灸寻玻会改侥德斡泥值脚沥任猎难团筐疲君迪谊冯豺威娱李筐听针曝孺封声谆襄兑磐秸奋租紊舒戴霸底持涝迎认东沂钒若击寞辖许驯乘倾帐兜少逮谴帚买揖瓜刀嫂饼祥乌啼悲运渡积摹霞郊法漾忠肇济柴勘馏严厚鹅孝松备赚亮顽香侦什咸延烤鲍泡都拔蹬喉貉免炔凿摧句栅穴炽趾膳况塘织焦惹连飘栓疫冗概惋态柳郎馈夫簇追搁筐丙混免傀呀墅贰厄绅唐也兹蔗矮迟琉宦娟契社牌谦蕉双垃让昌嘴诛译嘶苑翼祟膳煎跟宜求炽遵它专霞狙袖别补昧河膨垄恤东狄供桶嘘区洪迸颅秦堂迂指戎董拎订锗讹哄醉被酥诚陌懒恋冯赣掐卤斑
4、决伟崖过程设备设计题解1.压力容器导言思考题1. 压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?答:压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。筒体的作用:用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。封头的作用:与筒体直接焊在一起,起到构成完整容器压力空间的作用。密封装置的作用:保证承压容器不泄漏。开孔接管的作用:满足工艺要求和检修需要。支座的作用:支承并把压力容器固定在基础上。安全附件的作用:保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数,保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。2. 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响?答:介
5、质毒性程度越高,压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重,对材料选用、制造、检验和管理的要求愈高。如Q235-A或Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器;盛装毒性程度为极度或高度危害介质的容器制造时,碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测,整体必须进行焊后热处理,容器上的A、B类焊接接头还应进行100%射线或超声检测,且液压试验合格后还得进行气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器,其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚大,主要体现在法兰的公称压力等级上,如内部介质为中度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于1.0MPa;内部介质为高度或极度毒性危害,选用的
6、管法兰的公称压力应不小于1.6MPa,且还应尽量选用带颈对焊法兰等。易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。如Q235-AF不得用于易燃介质容器;Q235-A不得用于制造液化石油气容器;易燃介质压力容器的所有焊缝(包括角焊缝)均应采用全焊透结构等。3. 压力容器安全技术监察规程在确定压力容器类别时,为什么不仅要根据压力高低,还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类?答:因为pV乘积值越大,则容器破裂时爆炸能量愈大,危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求愈高。4. 压力容器安全技术监察规程与GB150的适用范围是否相同?为什么?答:不相同。压力容器安全技术监
7、察规程的适用范围:最高工作压力0.1MPa(不含液体静压力);内直径(非圆形截面指其最大尺寸)0.15m,且容积0.025m3;盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。GB150的适用范围:0.1MPap35MPa,真空度不低于0.02MPa;按钢材允许的使用温度确定(最高为700,最低为-196);对介质不限;弹性失效设计准则和失稳失效设计准则;以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数;最大应力理论;不适用疲劳分析容器。GB150是压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据;压力容器安全技术监察规程是政府对压力容实施安全技术监督和管理的依据,属技术法
8、规范畴。5. GB150、JB4732和JB/T4735三个标准有何不同?它们的适用范围是什么?答:JB/T4735钢制焊接常压容器与GB150钢制压力容器属于常规设计标准;JB4732钢制压力容器分析设计标准是分析设计标准。JB/T4735与GB150及JB4732没有相互覆盖范围,但GB150与JB4732相互覆盖范围较广。GB150的适用范围: 设计压力为0.1MPap35MPa,真空度不低于0.02MPa;设计温度为按钢材允许的使用温度确定(最高为700,最低为-196);对介质不限;采用弹性失效设计准则和失稳失效设计准则;应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数
9、和形状系数;采用最大应力理论;不适用疲劳分析容器。JB4732的适用范围:设计压力为0.1MPap100MPa,真空度不低于0.02MPa;设计温度为低于以钢材蠕变控制其设计应力强度的相应温度(最高为475);对介质不限;采用塑性失效设计准则、失稳失效设计准则和疲劳失效设计准则,局部应力用极限分析和安定性分析结果来评定;应力分析方法是弹性有限元法、塑性分析、弹性理论和板壳理论公式、实验应力分析;采用切应力理论;适用疲劳分析容器,有免除条件。JB/T4735的适用范围: 设计压力为-0.02MPap120) :R1=R2=R,pz=-p+ g R(cos0-cos),r=Rsin,dr=Rcos
10、d4. 有一锥形底的圆筒形密闭容器,如图所示,试用无力矩理论求出锥形底壳中的最大薄膜应力与的值及相应位置。已知圆筒形容器中面半径R,厚度t;锥形底的半锥角,厚度t,内装有密度为的液体,液面高度为H,液面上承受气体压力pc。解:圆锥壳体:R1=,R2=r/cos(半锥顶角),pz=-pc+g(H+x),=/2-,rx5. 试用圆柱壳有力矩理论,求解列管式换热器管子与管板连接边缘处(如图所示)管子的不连续应力表达式(管板刚度很大,管子两端是开口的,不承受轴向拉力)。设管内压力为p,管外压力为零,管子中面半径为r,厚度为t。解:管板的转角与位移内压作用下管子的挠度和转角内压引起的周向应变为:转角:边
11、缘力和边缘边矩作用下圆柱壳的挠度和转角变形协调条件求解边缘力和边缘边矩边缘内力表达式边缘内力引起的应力表达式综合应力表达式6. 两根几何尺寸相同,材料不同的钢管对接焊如图所示。管道的操作压力为p,操作温度为0,环境温度为tc,而材料的弹性模量E相等,线膨胀系数分别1和2,管道半径为r,厚度为t,试求得焊接处的不连续应力(不计焊缝余高)。解:内压和温差作用下管子1的挠度和转角内压引起的周向应变为:温差引起的周向应变为:转角:内压和温差作用下管子2的挠度和转角内压引起的周向应变为:温差引起的周向应变为:转角:边缘力和边缘边矩作用下圆柱壳1的挠度和转角边缘力和边缘边矩作用下圆柱壳2的挠度和转角变形协
12、调条件求解边缘力和边缘边矩边缘内力表达式边缘内力引起的应力表达式综合应力表达式7. 一单层厚壁圆筒,承受内压力pi=36MPa时,测得(用千分表)筒体外表面的径向位移w0=0.365mm,圆筒外直径D0=980mm,E=2105MPa,=0.3。试求圆筒内外壁面应力值。解:周向应变物理方程仅承受内压时的Lam公式 在外壁面处的位移量及内径:内壁面处的应力值:外壁面处的应力值:8. 有一超高压管道,其外直径为78mm,内直径为34mm,承受内压力300MPa,操作温度下材料的 b=1000MPa,s=900MPa。此管道经自增强处理,试求出最佳自增强处理压力。解:最佳自增强处理压力应该对应经自增
13、强处理后的管道,在题给工作和结构条件下,其最大应力取最小值时对应的塑性区半径Rc情况下的自增强处理压力。对应该塑性区半径Rc的周向应力为最大拉伸应力,其值应为经自增强处理后的残余应力与内压力共同作用下的周向应力之和:令其一阶导数等于0,求其驻点解得:Rc=21.015mm。根据残余应力和拉美公式可知,该值对应周向应力取最大值时的塑性区半径。由自增强内压pi与所对应塑性区与弹性区交界半径Rc的关系,最佳自增强处理压力为:9. 承受横向均布载荷的圆平板,当其厚度为一定时,试证明板承受的总载荷为一与半径无关的定值。证明:周边固支情况下的最大弯曲应力为周边简支情况下的最大弯曲应力为:10. 有一周边固
14、支的圆板,半径R=500mm,板厚=38mm,板面上承受横向均布载荷p=3MPa,试求板的最大挠度和应力(取板材的E=2105MPa,=0.3)解:板的最大挠度:板的最大应力:11. 上题中的圆平板周边改为简支,试计算其最大挠度和应力,并将计算结果与上题作一分析比较。解:板的最大挠度:板的最大应力:简支时的最大挠度是固支时的4.077倍;简支时的最大应力是固支时的1.65倍。12. 一穿流式泡沫塔其内径为1500mm,塔板上最大液层为800mm(液体密度为=1.5103kg/m3),塔板厚度为6mm,材料为低碳钢(E=2105MPa,=0.3)。周边支承可视为简支,试求塔板中心处的挠度;若挠度
15、必须控制在3mm以下,试问塔板的厚度应增加多少?解:周边简支圆平板中心挠度挠度控制在3mm以下需要的塔板厚度需增加10.4mm以上的厚度。13. 三个几何尺寸相同的承受周向外压的短圆筒,其材料分别为碳素钢(s=220MPa,E=2105MPa,=0.3)、铝合金(s=110MPa,E=0.7105MPa,=0.3)和铜(s=100MPa,E=1.1105MPa,=0.31),试问哪一个圆筒的临界压力最大,为什么?答:碳素钢的大。从短圆筒的临界压力计算式可见,临界压力的大小,在几何尺寸相同的情况下,其值与弹性模量成正比,这三种材料中碳素钢的E最大,因此,碳素钢的临界压力最大。14. 两个直径、厚
16、度和材质相同的圆筒,承受相同的周向均布外压,其中一个为长圆筒,另一个为短圆筒,试问它们的临界压力是否相同,为什么?在失稳前,圆筒中周向压应力是否相同,为什么?随着所承受的周向均布外压力不断增加,两个圆筒先后失稳时,圆筒中的周向压应力是否相同,为什么?答:临界压力不相同。长圆筒的临界压力小,短圆筒的临界压力大。因为长圆筒不能受到圆筒两端部的支承,容易失稳;而短圆筒的两端对筒体有较好的支承作用,使圆筒更不易失稳。在失稳前,圆筒中周向压应力相同。因为在失稳前圆筒保持稳定状态,几何形状仍保持为圆柱形,壳体内的压应力计算与承受内压的圆筒计算拉应力相同方法。其应力计算式中无长度尺寸,在直径、厚度、材质相同
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