2004年天津大学化工机械基础期末试题

2004.6《化工机械基础》期末试题(A)答案一、名词解释（10分）1、名义屈服极限：对于没有明显屈服极限的材料，规定用出现0.2%塑性变形时的应力作为名义屈服极限，用2.0表示。2、冲击韧度：材料的抗冲击能力常以使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积来衡量，称为材料的冲击韧度，以k表示，单位J/cm2。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、筒体的弹性失稳：在外压作用下，筒体突然失去原有形状的现象称为弹性失稳。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42分）1、画出低碳钢的拉伸和压缩应力—应变示意图，简要说明各个阶段的名称以及各种极限应力的名称。（8分）（1）弹性变形阶段，弹性极限或比例极限；（2）屈服阶段，屈服极限；（3）强化阶段、强度极限；（4）颈缩阶段或局部变形阶段。2．不锈钢为什么含碳量都很低？（4分）在铬不锈钢中，起决定作用的主要元素是铬。由于钢中存在的碳元素能与铬形成铬的碳化物，因而消耗了铬，致使钢中的有效铬含量减少，使钢的耐腐蚀性降低，故不锈钢中的含碳量都是较低的。3．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）Q235-A.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，235为屈服强度值，A表示质量等级，F表示沸腾钢。20代表优质碳素钢，20为含碳量0.2%。16MnDR代表普通低合金钢，含碳量0.16%，含Mn小于1.5%，D表示低温用钢，R代表容器用钢HSn70-1代表锡黄铜（钢种），又称海军黄铜，H为黄铜牌号，70表示平均含铜70%，1表示含锡1%，含锌29%。4．手工电弧焊、埋弧自动焊和氩弧焊的特点是什么？（6分）手工电弧焊：设备简单，操作灵活，对空间不同位置、不同接头形式的焊缝均能方便地进行焊接，被广泛使用。埋弧自动焊的优点：1）生产效率高；2）焊缝质量高；3）劳动条件好。缺点：不及手工电弧焊灵活，工件边缘准备和装配质量要求高、费工时，必须严格控制焊接规范。氩弧焊：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。5．法兰的公称压力是如何定义的？一设备法兰的操作温度为2800C，工作压力为0.4MPa，当材料为Q235-A和15MnVR时应分别按何种公称压力级别确定法兰几何尺寸。（6分）以16MnR在200℃时的力学性能为基础，其最大操作压力即为具有该尺寸法兰的公称压力。Q235-A应按公称压力1.0MPa级别确定法兰的几何尺寸。15MnVR应按公称压力0.6MPa级别确定法兰的几何尺寸。6．下列容器属一、二、三类容器的哪一类？（6分）（1）直径为2000mm，设计压力为20MPa的圆筒形容器（2）设计压力为0.6MPa的液氨储罐（3）设计压力为5MPa的压力容器（4）p为4MPa的剧毒介质容器（1）为三类容器；（2）为二类容器；（3）为二类容器；（4）为三类容器。7．卧式和立式容器支座的形式主要有哪些？（4分）卧式容器的支座主要有鞍座、圈座和支腿，立式容器的支座主要有耳式支座、支撑式支座和裙式支座。四、计算题（共48分）1、一个低合金钢内压反应塔，筒体内径mmDi500，标准椭圆形封头，工作压力MPa0.2（装有安全阀），工作温度C0300，塔体采用单面手工电弧焊（有垫板），局部无损探伤，内部介质有轻微腐蚀性。（1）设计塔体壁厚，并校核水压试验强度。（2）设计封头壁厚。（MPat144，MPa170，MPas345，seeiTTDp9.02）（12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：（1）设筒体壁厚mm7，mmC6.01，mmC12mmCppDtid2.66.105.128.0144250005.122圆整，取mmn7厚。水压试验校核：MPaDpeeiTT0.1454.524.550014417005.1225.12MPas4.2483458.09.09.0，sT9.0，所以水压试验时强度足够。（2）设封头壁厚mm5，mmC2.01，mmC12mmCpKpDtid9.42.105.125.01144250005.125.02圆整，取mmn5厚。2、DN1200的低碳钢外压圆筒，筒体长4500mm，壁厚10mm，两侧为椭圆封头，凸面高度300mm，介质无腐蚀。试计算能承受的许可外压，并判断发生侧向失稳后筒体横截面上产生的波形数。（8分）（302.2DEpecr，05.2059.2DLDEpecr，MPaE5102）解：mmC8.01，mmC12，mmL47002300314500mmDDLecr174102.81220122017.117.100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。MPaDLDEpecr50.01220470012202.810259.259.25.2505.20MPamppcr17.03、变截面直杆的受力如图所示，已知：218cmA，224cmA，2/200mGNE，总伸长量为0.075mm，求出力P的大小并画出轴力图。（8分）解：mmPPEALPEALPL075.010410200102.010810200102.0)60(493493222111所以kNP404、已知GPaE200，梁的直径为50mm，画出弯矩图并求危险横截面上最大正应力。（10分）解：MPaJyMZ5.24405.0642/05.010343maxmaxmax5、车床的传动光杆装有安全联轴器，当超过一定载荷时，安全销即被剪断。已知安全销的平均直径d0为5mm，材料为45钢，其剪切极限应力为MPa3700，传动杆的直径D为20mm，求安全联轴器转速min/100rn时所能传递的最大轴功率N为多少？此时传动杆横截面上所受到的最大应力是多少？（10分）解：kWnDdnMN52.195501003.145955049550020MPaDMWM5.92163max