化工设备机械基础A卷答案1-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN徐州工程学院试卷2013 — 2014 学年第 2 学期 课程名称 化工设备机械基础 试卷类型 A 考试形式 闭卷 考试时间 100 分钟 命 题 人 2014 年 4 月 9 日 使用班级 11化艺 教研室主任 年 月 日 教学院长 年 月 日 姓 名 班 级 学 号一、填空题（每空2分，共计10分）1. 如图所示为一封闭的圆筒，其半径为R ，筒体壁厚为t 。

筒体内盛放密度为ρ的液体，筒体顶部气体的压力为P 0，离液面距离x 的点A 所受的环向应力大小为0() ρ+p gx Rt，经向应力大小为 02p R t。

2. 材料力学对变形固体做了如下假设： 连续性假设 、均匀性假设、各向同性假设、小变形假设。

3. σ=Εε称为＿虎克定律 。

4. 第一强度理论又称 最大拉应力理论 。

二、选择题（每题2分，共计10分）1. 静力学研究的对象是（ d ）a ．物体b ．流体c ．物质d ．刚体2. 图示结构，用积分法计算AB 梁的位移时，梁的边界条件为( a )a ．y A =0 y B =0b ．y A ≠0 y B ≠0c ．y A =0 y B ≠0d ．y A ≠0 y B =03. 工作压力为，容积为1500m 3，介质为液化石油气的球罐，属于（ c ）。

a ．Ⅰ类容器b ．Ⅱ类容器c ．Ⅲ类容器4. 下列不属于工程上常采用的开孔补强结构的是（ b ）。

a ．补强圈补强b ．多层包扎补强c ．厚壁管补强d ．整体锻件补强5. 为提高外压圆筒承载能力，通常较为合理的方法是（ c ）。

题号 一 二 三 四 五 总分 总分 得分a ．增加壁厚b ．改用强度较高的材料c ．设置加强圈 三、是非题（每题1分，共计10分）1. 作用在一个平面上的三力如果平衡，则三力的作用线必相交于一点。

（ √ ）2. 强度是指构件抵抗破坏的能力。

（ √ ）3. 安排梁的受力情况，对提高梁的弯曲强度没有影响。

（×）4. 金属构件在经过一段时间交变应力的作用后发生断裂现象称为疲劳。

（ √ ）5. 由于夹套式反应釜的夹套内及釜体内均为正压操作，因而不需要进行稳定性校核。

（ × ）6. 外压和真空容器不应以内压进行压力试验。

（ × ）7. 气密性试验应在液压试验合格后进行。

（√）8. 半球形封头、椭圆形封头、平板型封头属于凸形封头。

（ × ） 9. 压力容器强度校核时公式中用到的厚度是有效厚度。

（ √ ） 10. 卧式容器鞍座位置A 不宜大于，当需要时，A 最大不得大于。

（ √ ）四、计算题（共计70分）1. 图示支架由杆AB 、BC 组成，A 、B 、C 处均为光滑铰链，在铰B 上悬挂重物G=10kN ，杆件自重不计，求杆件AB 、BC 所受的力。

（8分）解：（1）取B 销为研究对象画受力图∑=:0yF 030sin =-G F BC （2分）kN 20102230sin =⨯===G GF BC （2分）∑=:0x F 030cos =-AB BC F F（2分）kN 3.17232030cos =⨯== BC AB F F （2分） （采用其他方法求解此题，过程结果正确酌情给分）2. 一阶梯杆如图所示，AB 段横截面面积为：A 1=100mm 2，BC 段横截面面积为A 2=180mm 2，(1)画轴力图；（2）求各段杆横截面上的正应力。

（8分） 解（1） 计算各段内轴力，并绘制轴力图（4分）AB 段：N18kN F = BC 段：N215kN F =- 绘制轴力图（2）确定应力 （4分）AB 段：N11180MPa F A σ== BC 段：N22283.3MPa F A σ==- 3. 图示拖车挂钩用插销联接,已知挂钩厚度=10mm, [] =100MPa, [jy ]=200MPa,拉力Ｆ=56kN,试设计插销的直径d 。

（9分）解：（1）插销发生剪切和挤压破坏，求剪力和挤压力ＦQ ＝F/2=28kN （1分） Ｆjy ＝F ＝56kN （1分） （2）强度计算按剪切强度设计，由][4/2/2τπτ≤==d F A F Q （2分）344281018.9mm[]100QF d πτπ⨯⨯≥==⨯（1分）按挤压强度设计，由[] 2jy jy jy jyF FA d σσδ==≤⋅（2分）3561014mm2[]210200jyjy F d δσ⨯≥==⨯⨯（1分）所以，插销取公称直径d=20mm 。

（1分）4. 某汽车传动轴AB 由45号无缝钢管制成。

轴外径D=90mm ，壁厚t=，传递最大力矩M=·m ，[]=60MPa 。

试：（1）画扭矩图；（2）校核轴的强度。

（8分）解：（1）画出扭矩图（3分） （2）校核强度 T max= ·m34343mm 29280))9085(1[902.0)1(2.0=-⨯=-=αD W P （2分） （或34343mm 29280))9085(1[9032)1(32=-⨯=-=παπD W P ）][MPa 2.5129280105.13max maxττ<=⨯==P W T （2分） 轴的强度满足。

（1分）5. 图示的外伸梁AB ，在CB 段作用均布载荷q ，求（1）计算支座A 、C 所受的力；（2）画出剪力图、弯矩图；（3）并求最大弯矩。

（10分）解：（1）求约束力。

（2分）c 54=qa F A 4qa F =-（2）画剪力图（3分）建立x-FQ 坐标，从梁左端画图。

画弯矩图（3分）建立x-M 坐标，从梁左端画图。

A A M F Δ+=⋅=22C qa M =-/20B M q ΔΔ-=-⋅=（3）最大弯矩2max2qa M=（2分）6. 手摇绞车如图，轴的直径d=30mm ，材料为Q235钢，[σ]=80MPa 。

画出弯矩图、扭矩图，并按第三强度理论求绞车的最大起吊重量P 。

（10分） 解：（1）画扭矩图（2分）；画弯矩图（2分） 由弯矩图扭矩图知，危险截面在轴的中间截面（1分）T=；Mmax=强度条件：223max 1σ=+r M T W223320.20.18[]σπ=+≤Pd （3分） 解得：322P 788320.20.18≤=+N （2分）7. 今有一直径为1200mm 的吸收塔，封头与筒体采用法兰连接，该塔操作温度为285℃，设计压力为，材质为Q235-B ，试选择标准法兰（具体确定法兰类型、密封面型式、公称直径、公称压力、材料、并正确标记）。

（7分）甲型、乙型平焊法兰的最大允许工作压力（JB/T4700-2000） MPa解：法兰材料取塔体、封头材料相同的Q235-B （1分）；设计压力不大于最大允许工作压力的原则，选择法兰公称压力（1分）；公称直径取1200mm （1分）；可选用甲型平焊法兰（1分）；由于操作压力不高，采用的密封面型式为平面型（1分），法兰标记为：法兰-RF JB/T 4801-2000（2分）（其它法兰选型，若满足要求亦算正确）8. 某化工厂欲设计一台石油气分离工程中的乙烯精馏塔。

已知：塔体内径D i =600mm ，设计压力p=，设计温度为-20℃，[σ]t =170MPa ，选用材料为Q345R 的钢板制造，钢板的厚度负偏差取，腐蚀裕量取3mm ，单面焊局部无损检测，试确定其厚度，并校核水压试验强度（10分）常用钢板厚度【解】（1）确定设计参数（2分，未列出但公式中带入正确也算正确）压力参数：设计压力p=，计算压力p c =p=. 设计温度： t=-20℃。

许用应力：[σ]t =170MPa 。

焊接接头系数：由题目得：φ=。

钢板厚度负偏差：C 1=。

腐蚀裕量： C 2=3mm 。

（2）求厚度（4分）2.26004.892[]21700.8 2.2c i c P D mm P δσϕ⨯==-⨯⨯-2 4.8937.89d C mm δδ=+=+= 17.890.88.69δ+=+=d C mm根据钢板厚度标准规格，名义厚度δn 取为10mm 。

考虑到低合金钢制容器的最小壁厚，满足最小壁厚。

故厚度取10mm （3）校核水压试验强度（4分）1030.8 6.2δδ=-=--=e n C mm 水压试验校核：()()MPa D p ee i T T 4.1342.622.66001701702.225.12=⨯+⨯⨯⨯=+=δδσ MPa s 4.2483458.09.09.0=⨯⨯=ϕσ，s T ϕσσ9.0<，所以水压试验时强度足够。