天津大学化工设备机械基础试题与解答

共４页第1页２０04～２０05学年第二学期期末考试试卷《化工机械基础》（Ａ卷共4页）（考试时间：2005年6月21日）化工学院专业班年级2002级学号姓名题号一二三成绩得分一、名词解释（共10分，每小题2分）1、疲劳强度：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“疲劳强度”，用r表示。对于一般钢材，以106～107次不被破坏的应力，作为疲劳强度。2、断面收缩率：主要反应材料局部变形的能力。以试件拉断后，断面缩小的面积与原始截面面积0A的比值的百分数来表示，%10000AAA，A为试件断裂后的最小截面积。3、薄壁容器：根据容器外径0D与内径iD的比值K来判断，2.1K为薄壁容器。iDDK04、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别。（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，表明此时拉伸和压缩的材料性能一致。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一致，但拉伸时的强度极限远小于压缩时的强度极限，表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、下列钢号各代表何种钢，符号中的字母和数字各有什么意义？（8分）Q215-B.F代表普通碳素钢（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代表普通低合金钢，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%。天津大学试卷专用纸共４页第2页3、不锈钢一般采用何种方式进行焊接，这种焊接方法的特点是什么？（4分）不锈钢一般采用氩弧焊进行焊接。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应也不溶于液态金属，可避免焊接缺陷，获得高质量的焊缝。由于氩气比较稀缺，使其焊接成本较高，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殊用途的高合金钢。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、下列容器属一、二、三类容器的哪一类？（4分）（1）直径为2000mm，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。天津大学试卷专用纸共４页第3页四、计算题（共57分）1、一个低合金钢内压反应塔，筒体内径mmDi1000，标准椭圆形封头，工作压力MPa0.2（装有安全阀），工作温度C0270，塔体采用单面手工电弧焊，100%无损探伤，内部介质有轻微腐蚀性。设计塔体壁厚，并校核水压试验强度。（MPat144，MPa170，MPas345，seeiTTDp9.02）（10分）表钢板负偏差Cl（mm）钢板厚度4.5～5.56～78～2526～3032～3436～40负偏差0.20.60.80.911.1解：根据题意，mmC12，9.0，MPap1.2205.1mmCppDtid17.90.105.129.01442100005.1222再加上钢板负偏差mmC8.01，然后圆整，取mmn10厚。水压试验校核：MPaDpeeiTT5.1902.822.8100014417005.1225.12MPas5.2793459.09.09.0，sT9.0，所以水压试验时强度足够。2、DN2000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，并判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）。（302.2DEpecr，05.2059.2DLDEpecr，MPaE5102）解：mmC8.01，mmC12，mmL49002600314500mmDDLecr370942.82020202017.117.100crLL，为短圆筒，发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数2n。MPaDLDEpecr224.02020490020202.810259.259.25.2505.20MPamppcr075.03、如图所示，两端固定的变截面直杆在连接处受到70kN的力，已知：215cmA，224cmA，21/200mGNE，22/250mGNE，求出两端约束反力的大小并画出轴力图。（9分）解：493149312222111110410250105.07010510200102.00PPAELPAELPL所以kNP501，kNP202，方向都是向左。天津大学试卷专用纸共４页第4页4、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。（15分）解：约束反力mkNR.1，mkNM.75.2，剪力方程：mxmxmxmkNxQ15.0225.00.1弯距方程：mxmxxmxxxM15.0125.0075.22MPaJyMZ22405.0642/05.01075.243maxmaxmax5、已知搅拌反应釜的传动轴直径D为20mm，材料为45钢，GPaG80，其传递的轴功率为1.5kW，搅拌转速min/100rn，（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）若传动轴还受到轴向的压力kNP8和弯曲力矩mkNM.1.0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）解：（1）mNnNMn/25.1431005.195509550MPaDMWMnn2.91163maxradGJMLn114.002.032108025.14349（2）下表面为危险点，在该处取应力单元体MPaWMAPzx8.15202.032101.002.0410833230y，MPaxy2.91MPaMPaxyyxyx4.1956.422222minmaxMPar238313MPa8.219212132322214