级化工设备设计基础课程试题(B卷)答案

2006 级《化工设备设计基础》课程试题（B卷）答案

一、力学部分计算题：（共50分）

1、（10分）

SG

BCsin30



2G 23060KN

SAB

Gtg30

30

0.577

51.99KN SAB51.99103

1105.9MPa

A[]120MPa1

252

4

SBC2

60103

84.88MPa[]120MPa

A2

302安全 4

（5分）

2、（15分）

1

解：Fy0 2ql  qx  Q ( x )  0 （5分） Q(x)1qlqx0xl

2

M01 2qx21

2

qlxM(x)0 M ( x )  1 2

qx(lx)0x  l  （5分）ql2

最大弯矩发生在梁的中点，其值为Mmax8

1ql2121032M2

max（3分）maxWZ159MPa

D3310.04

3232

max159MPa120MPa不满足要求 （2分）

（5分） （3分）

3、（15分）

解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩

MxT9549

P7.5

9549716.2Nmn100

（3分）

实心轴

max1

Mx16Mx

40MPa3

WP1πd1

（5分）

0.045m=45mmx16Mx

空心轴 40MPamax234

WP2πD21

d1

D2

0.046m=46mm（5分）

d2＝0.5D2=23 mm

确定实心轴与空心轴的重量之比

232 Ad451011

212＝1.2832A2D21461010.5

（2分）

4、（10分）

横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。

maxN

NPcos

Abh

（2分）

（4分）

max

Mmax6Pl1sin

Wbh2MmaxN

WA

（4分）

max



6Pl1sinPcos148.7MPa[]2

bhbh

（2分）

二、 是非题：在题后括号内，正确划“√”，错误划“×”（共10分，每

小题1分）

1. 《压力容器安全技术监察规程》把压力容器按其破坏时造成的危害程度分为三类，

其中三类容器破坏时造成的危害程度最大，因而在设计、制造和使用方面对其要求最高。 （√）

2. 容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。 （×） 3. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。 （√） 4. 内压容器的有效厚度δ

e

一般都大于计算厚度δ，因此容器最高允许工作压力[pw]

总是大于设计压力p。 （√） 5. 从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（√） 6. 决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。 （×） 7. 圆筒形容器上开孔处的应力集中系数是Kmax

φ。 （×）

8. 为减小鞍座处壳体截面的应力，卧式容器的鞍座距椭圆形封头直边切线的距离A

应该≤0.2L 和0.25D0（式中L为筒体长度，D0为筒体外径）。 （√） 9. 圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向

垂直于圆筒的轴线，且长短轴之比越大越好。 （×） 10. 卧式容器选用鞍座时，一般可选用两个鞍座，容器较长时也可选用多于两个，其中

应当有一个而且只能有一个F型，其余应为S型。（√）

三、 选择题：将正确答案的顺序号填入题后的括号内（共10分，每小题1分）

1. 设计压力为2.5MPa的容器属于 （B）

A．低压容器 B. 中压容器 C.高压容器 D. 超高压容器 2. 钢材的强度随温度的升高而。 （A） A．下降，升高 B．下降，下降 C．升高，下降 D．升高，升高 3. 不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0”表示其含碳量低于 （B） A．百分之一 B. 千分之一 C. 万分之一 D. 万分之三

4. 对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的  （D） A．低温强度 B. 低温刚度 C. 低温硬度 D. 低温韧性

5. 直径为D，过渡圆弧半径为r的碟形封头过渡圆弧与直边交点处过渡圆弧上的第一、

第二曲率半径分别是：（A） A. ρ1=r，ρ2=D/2 B. ρ1=D/2，ρ2=r C. ρ1=∞，ρ2= D/2 D. ρ1=∞，ρ2=r

6. 从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种凸形封

头中， 的受力情况最好。 （C） A．椭圆形封头 B. 碟形封头 C. 半球形封头 D. 折边球面封头 7. 低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段。 （ B ） A. 弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段 B. 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段 C. 弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段 D. 屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段

8. 球壳上的开孔，开孔系数ρδnt/δn，应力集中系数K越大。（B） A．越大，越大 B．越大，越小 C．越小，越小 D．越小，越大 9. 无缝钢管的公称直径指的是管子的。 （D） A．内径 B. 外径 C. 中径 D. 其他

10. 设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压力外，

还应考虑法兰的： （D） A．公称直径 B. 密封面型式 C. 垫片种类 D. 工作温度

四、 简答题：（共10分，每小题5分）

1、双面焊100％无损探伤，φ=1。局部探伤φ=0.85， 单面焊100％无损探伤，φ=0.9。局部探伤φ=0.80

2、为了保证构件在外力作用下安全工作，其必须满足哪三方面的要求？ 强度、刚度和稳定性

五、 计算题：（共20分，每小题10分）

1、解：（1）根据微体平衡方程：

在截面1-1处：R1＝∞，R2＝D/2，δ=S， pz = -( p+ρgz)

则  θ  ①（4分）

pgzD

2S

取分离体如右下图所示，建立区域平衡方程：

πDSφ

已知

π2

DpzW04π

WD2(Hz)g, pzpgz

4

(pgH)D

4S

则  ②（4分） φ

（2）由式①、②可知容器筒体上的最大应力为周向应力，发生在容器的底部

maxθzH

6

pgHD0.1107009.812222.75 MPa

2S2

0.005

（2分）

2、解：（1）设计筒体的壁厚



2pc

t

pcDi



2.02000

11.834 mm

21701.02.0

d11.834 0.25113.084 mm

经圆整，取筒体的名义厚度n14 mm。（5分） （2）设计封头的壁厚



20.5pc

t

pcDi



2.02000

11.799 mm

21701.00.52.0

设计厚度为：d11.799 0.25113.049 mm经圆整，取封头的名义厚

度n14 mm。（5分）

2006 级《化工设备设计基础》课程试题（B卷）答案

一、力学部分计算题：（共50分）

1、（10分）

SG

BCsin30



2G 23060KN

SAB

Gtg30

30

0.577

51.99KN SAB51.99103

1105.9MPa

A[]120MPa1

252

4

SBC2

60103

84.88MPa[]120MPa

A2

302安全 4

（5分）

2、（15分）

1

解：Fy0 2ql  qx  Q ( x )  0 （5分） Q(x)1qlqx0xl

2

M01 2qx21

2

qlxM(x)0 M ( x )  1 2

qx(lx)0x  l  （5分）ql2

最大弯矩发生在梁的中点，其值为Mmax8

1ql2121032M2

max（3分）maxWZ159MPa

D3310.04

3232

max159MPa120MPa不满足要求 （2分）

（5分） （3分）

3、（15分）

解： 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩

MxT9549

P7.5

9549716.2Nmn100

（3分）

实心轴

max1

Mx16Mx

40MPa3

WP1πd1

（5分）

0.045m=45mmx16Mx

空心轴 40MPamax234

WP2πD21

d1

D2

0.046m=46mm（5分）

d2＝0.5D2=23 mm

确定实心轴与空心轴的重量之比

232 Ad451011

212＝1.2832A2D21461010.5

（2分）

4、（10分）

横梁承受拉弯组合荷载，危险面为梁中间。

maxN

NPcos

Abh

（2分）

（4分）

max

Mmax6Pl1sin

Wbh2MmaxN

WA

（4分）

max



6Pl1sinPcos148.7MPa[]2

bhbh

（2分）

二、 是非题：在题后括号内，正确划“√”，错误划“×”（共10分，每

小题1分）

1. 《压力容器安全技术监察规程》把压力容器按其破坏时造成的危害程度分为三类，

其中三类容器破坏时造成的危害程度最大，因而在设计、制造和使用方面对其要求最高。 （√）

2. 容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。 （×） 3. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。 （√） 4. 内压容器的有效厚度δ

e

一般都大于计算厚度δ，因此容器最高允许工作压力[pw]

总是大于设计压力p。 （√） 5. 从稳定性考虑，外压容器设计选材时应选用弹性模量较大的材料。（√） 6. 决定外压加强圈抗失稳能力的截面几何参数是截面面积。 （×） 7. 圆筒形容器上开孔处的应力集中系数是Kmax

φ。 （×）

8. 为减小鞍座处壳体截面的应力，卧式容器的鞍座距椭圆形封头直边切线的距离A

应该≤0.2L 和0.25D0（式中L为筒体长度，D0为筒体外径）。 （√） 9. 圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴方向

垂直于圆筒的轴线，且长短轴之比越大越好。 （×） 10. 卧式容器选用鞍座时，一般可选用两个鞍座，容器较长时也可选用多于两个，其中

应当有一个而且只能有一个F型，其余应为S型。（√）

三、 选择题：将正确答案的顺序号填入题后的括号内（共10分，每小题1分）

1. 设计压力为2.5MPa的容器属于 （B）

A．低压容器 B. 中压容器 C.高压容器 D. 超高压容器 2. 钢材的强度随温度的升高而。 （A） A．下降，升高 B．下降，下降 C．升高，下降 D．升高，升高 3. 不锈钢材料0Cr18Ni9牌号中的“0”表示其含碳量低于 （B） A．百分之一 B. 千分之一 C. 万分之一 D. 万分之三

4. 对于低温容器，设计选材时应特别注意材料的  （D） A．低温强度 B. 低温刚度 C. 低温硬度 D. 低温韧性

5. 直径为D，过渡圆弧半径为r的碟形封头过渡圆弧与直边交点处过渡圆弧上的第一、

第二曲率半径分别是：（A） A. ρ1=r，ρ2=D/2 B. ρ1=D/2，ρ2=r C. ρ1=∞，ρ2= D/2 D. ρ1=∞，ρ2=r

6. 从受力角度考虑，椭圆形封头、碟形封头、半球形封头和折边球面封头四种凸形封

头中， 的受力情况最好。 （C） A．椭圆形封头 B. 碟形封头 C. 半球形封头 D. 折边球面封头 7. 低碳钢拉伸试验的整个过程，按顺序大致可分为如下四个阶段。 （ B ） A. 弹性阶段、强化阶段、屈服阶段和颈缩阶段 B. 弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩阶段 C. 弹性阶段、颈缩阶段、强化阶段和屈服阶段 D. 屈服阶段、弹性阶段、强化阶段和颈缩阶段

8. 球壳上的开孔，开孔系数ρδnt/δn，应力集中系数K越大。（B） A．越大，越大 B．越大，越小 C．越小，越小 D．越小，越大 9. 无缝钢管的公称直径指的是管子的。 （D） A．内径 B. 外径 C. 中径 D. 其他

10. 设计中选用标准法兰的压力等级时，除考虑法兰的类型、材料、最高工作压力外，

还应考虑法兰的： （D） A．公称直径 B. 密封面型式 C. 垫片种类 D. 工作温度

四、 简答题：（共10分，每小题5分）

1、双面焊100％无损探伤，φ=1。局部探伤φ=0.85， 单面焊100％无损探伤，φ=0.9。局部探伤φ=0.80

2、为了保证构件在外力作用下安全工作，其必须满足哪三方面的要求？ 强度、刚度和稳定性

五、 计算题：（共20分，每小题10分）

1、解：（1）根据微体平衡方程：

在截面1-1处：R1＝∞，R2＝D/2，δ=S， pz = -( p+ρgz)

则  θ  ①（4分）

pgzD

2S

取分离体如右下图所示，建立区域平衡方程：

πDSφ

已知

π2

DpzW04π

WD2(Hz)g, pzpgz

4

(pgH)D

4S

则  ②（4分） φ

（2）由式①、②可知容器筒体上的最大应力为周向应力，发生在容器的底部

maxθzH

6

pgHD0.1107009.812222.75 MPa

2S2

0.005

（2分）

2、解：（1）设计筒体的壁厚



2pc

t

pcDi



2.02000

11.834 mm

21701.02.0

d11.834 0.25113.084 mm

经圆整，取筒体的名义厚度n14 mm。（5分） （2）设计封头的壁厚



20.5pc

t

pcDi



2.02000

11.799 mm

21701.00.52.0

设计厚度为：d11.799 0.25113.049 mm经圆整，取封头的名义厚

度n14 mm。（5分）