化工机械基础(第二版)_第一篇_第三篇_课后答案-陈国桓-主编

化工机械基础课后答案 陈国桓 第一篇习题参考答案 [1] [2] [3] [4] 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.   8. 9.   不能用虎克定律计算横截面上的正应力，因为此时应力已远远超出弹性范围。 10.   故，强度足够。 11. 　　　　 12.     13. 14. 15. (a) (b)   (c) (d)   (e) (f)   (g) (h)   (i) (j)   (k) (l)   (m) (n) 16. 17. 　　 18.   19.     所以，强度不够 20. 21. 22. 抗剪:抗挤: 23. 习题参考答案 24. 销钉所受的的最大剪应力为： 　　 MPa 　　销钉所受的的最大挤压应力为： 　　 MPa 25.     26.       强度足够 27. 轴的外径:         强度足够 28.       强度足够 29. 计算主应力和方向的公式为：         将(a)(b)(c)各题带入得：   (a)   　　　   (b)   　　　　   (c)   　　　　 习题参考答案 30. 主应力为： 　　 MPa 　　 MPa 　　 　　受主应力作用的单元体如下图中的蓝色线条所表示的： 　　 31. A点受弯矩和力的组合作用     其中，，　，　　　   代入上式得： 32. 本题为拉扭组合 最大剪应力在圆轴的外圆周上：     最大的拉应力作用在轴的上下边缘处：     第三强度理论：   33.         第三强度理论：   第四强度理论： 34. 　　   　　   　所以，千斤顶稳定 35. 　　   　　   需用的最大压力为：   第三篇 习题 1、已知DN2000的内压薄壁圆筒，壁厚δn=22mm，壁厚附加量为C=2mm，承受的最大气体压力P=2MPa，焊接接头系数φ=0.85，试求筒体的最大应力。 解：已知Di=2000mm，δn=22mm，C=2mm，P=2MPa，φ=0.85，δe=22-2=20mm。 则 所以筒体的最大应力为118.82Mpa。 提示：此题亦可以根据最大许可承压计算公式得出，此时[Pw]=2MPa 2. 某化工厂反应釜，内径为1600mm。工作温度为5℃～105℃，工作压力为1.6MPa，釜体材料用0Crl8Ni9。采用双面对接焊缝，局部无损探伤，凸形封头上装有安全阀，试计算釜体壁厚。 解：已知Di=1600mm。 查附表6，0Crl8Ni9在105℃时的，其许用应力[σ]105=137MPa。 查表10-9，采用双面对接焊缝，局部无损探伤，故取φ=0.85。 介质对不锈钢腐蚀极微，取C2=0。 因装安全阀，取压力P=1.1×1.6=1.76MPa。 根据式（10-12） 估计δn=8-25mm。查表10-10，取C1=0.8mm。 则 δn’=δd+C1=12.18+0.8=12.98mm，圆整后取δn=13mm 3. 材料为20的无缝钢管，规格为φ57×3.5，求在室温和400℃时，各能耐多大的压力，按不考虑壁厚附加量和C=1.5mm两种情况计算。 解：已知D0=57mm，δn=3.5mm，则Di=D0-2δn=57-2×3.5=50mm。查附表7，20钢管在室温时 [σ]=130MPa,在400℃时的[σ]400=86MPa。无缝钢管φ=1 （1） 不考虑壁厚附加量 室温时 400℃时 （2） （3） 考虑壁厚附加量 室温时 400℃时 4. 今欲设计一台反应器，直径为3000mm，采用双面对接焊缝，100％探伤。工作压力为1．8MPa，工作温度450℃，试用20R和16MnR两种材料分别设计反应器的厚度，并作分析比较。 解：已知Di=3000mm， t=450℃， Pc=1.1×1.8=1.98MPa，φ=1，C2=2mm（腐蚀很小，取1，腐蚀较严重，取2mm，一般单面腐蚀） （1）采用20R [σ] 450℃=61MPa，代入公式得 （5分） 钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后δn=50mm （2）采用16MnR [σ] 450℃=66MPa，代入公式得 钢板负偏差取C1=1.2mm，圆整后δn=46mm 比较两种材料设计反应器厚度可知，16MnR比20R节省材料。 5. 乙烯贮罐，内径1600mm，壁厚16mm，设计压力为2．5MPa，工作温度-35℃，材料为16MnR 。采用双面对接焊，局部无损探伤，壁厚附加量C＝1.5mm，试校核强度。 解：已知内径Di=1600mm，δn=16mm。δe=δn-C=16-1.5=14.5mm。 P=2.5MPa。16MnR在20℃时的许用应力 [σ] 20℃=170MPa。取φ=0.85。 则设计温度下筒体的计算应力为： φ[σ] 20=0.85×170=144.5MPa 因σt＜φ[σ] 20 所以，容器的强度是足够的。 6. 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40℃，材质为20R，介质无大腐蚀性。双面对接焊缝，100％探伤。讨论所选封头的形式。 解：已知Di=1200mm，P=1.8MPa，20R在40℃时的许用应力[σ]40=133MPa。C2=1mm。φ=1.0 （1） 设计筒体壁厚 取C1=0.8mm。则 δn’=δd+C1=9.18+0.8=9.98mm，圆整取δn=10mm （2）设计封头壁厚 选择椭圆形封头，材料与操作条件均与筒体相同。 取C1=0.8mm（估计壁厚10mm），圆整后取δn=10mm，与筒体同。 --------------------------- 设计容器筒体和封头壁厚。已知内径1200mm，设计压力1.8MPa，设计温度40℃，材质为20R，介质无大腐蚀性，双面对接焊缝，100%探伤。讨论所选封头形式。（15分）（20R在40℃下[σ]=133MPa） 解：已知Di=1200mm， t=40℃， Pc=1.8MPa， [σ] 40℃=133MPa，φ=1，C2=1mm。 （2分） （1）设计容器筒体壁厚 （4分） 钢板负偏差取C1=0.8mm，圆整后δn=10mm （2）设计容器封头壁厚 从工艺操作要求考虑，对封头形状无特殊要求。球冠形封头、平板封头都存在较大的边缘应力，且采用平板封头厚度较大，故不宜采用。理论上应对各种凸形封头进行计算、比较后，再确定封头型式。但由定性分析可知：半球形封头受力最好，壁厚最薄、重量轻，但深度大，制造较难，中、低压小设备不宜采用；碟形封头的深度可通过过渡半径r加以调节，适合于加工，但由于碟形封头母线曲率不连续，存在局部应力，故受力不如椭圆形封头；椭圆形封头制造比较容易，受力状况比碟形封头好，故可采用标准椭圆形封头。 （3分） 根据标准椭圆形封头壁厚公式： （4分） 把数据代入公式，得 （2分） 考虑钢板厚度负偏差，取C1=0.8mm，圆整后用δn=10mm ----------------------------- 7. 某工厂脱水塔塔体内径为Di＝700mm。壁厚为δn＝12mm，工作温度为180℃。压力为2MPa。材质为20R。塔体采用手工电弧焊，局部探伤，壁厚附加量为C＝2mm，试校核塔体工作与水压试验强度。 解：已知Di＝700mm，δn＝12mm，C=2mm。δe=δn－C＝10mm，P=2MPa，20R在180℃时的许用应力[σ]180=126.6Mpa，φ=0.8（塔体内径小，只能单面焊）， 设计温度下塔体的计算应力为： φ[σ] 180=0.8×126.6=101.3MPa 因σt＜φ[σ] 180 所以，塔体的强度是足够的。 水压试验时的试验压力 水压试验时的应力为 20R的σs=245MPa， 0.9φσs=0.9×0.8×245=176.4MPa，因σT＜0.9φσs 故水压试验强度足够。 —————————————————————————————————— 复习内插法： —————————————————————————————————— 【参考题】某化工厂脱水塔塔体内径为Di=700mm，壁厚为δn=12mm，工作温度为t=180℃，工作压力为Pw=2MPa，材料为0Cr18Ni9，塔体采用手工电弧焊，局部探伤，试校核塔体水压试验强度。（0Cr18Ni9在≤150℃以下 [σ]=137MPa，在200℃下[σ]=130MPa，常温下σs=240MPa） 解：已知Di=700mm，设计温度t=180℃，设计压力Pc=1.1×2=2.2MPa，壁厚 δn=12mm，材料许用应力[σ] 180℃=132.8MPa，焊接接头系数φ=0.8，钢板负偏差C1=0.8mm，腐蚀裕量C2=0mm。 根据水压试验应力公式 δe=δn-C1-C2=12-0.8-0=11.2mm 代入得 0.9φσs=0.9×0.8×240=172.8MPa σT＜0.9φσs 水压试验时满足强度要求。 8. 有一长期不用的反应釜，经实测内径为1200mm，最小壁厚为10mm，材质为Q235-A，纵向焊缝为双面对接焊，是否曾作探伤不清楚，今欲利用该釜承受1MPa的内压力，工作温度为200℃，介质无腐蚀性，装设安全阀，试判断该釜能否在此条件下使用。 解：已知Di=1200mm，δn＝10mm，φ=0.85，P=1.1×1=1.1MPa， [σ]200=105MPa，C2=0，取C1=0.8mm，δe=δn－C1－C2=10-0.8=9.2mm。 设计温度下反应釜的计算应力为： φ[σ] 180=0.85×105=89.3MPa 因σt＜φ[σ] 200 所以，该釜强度是足够的，能在此条件下使用的。 9. 有一台聚乙烯聚合釜，外径1580mm，高7060mm，壁厚11mm，材质为0Crl8Ni9，试确定釜体的最大允许外压力（许用外压）。(设计温度为200℃。) 解：已知外径Do=1580mm，L=7060mm，壁厚δn=11mm，设计温度t=200℃，设计温度下材料的弹性模量Et=184000MPa， C1=0.8mm， C2=0mm，则釜体有效厚度δe=δn- C1- C2=11－0.8－0=10.2mm 根据临界长度公式： 因为L