没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
资源推荐
资源详情
资源评论
1
过程设备设计题解
1.压力容器导言
思考题
1. 压力容器主要由哪几部分组成?分别起什么作用?
答:压力容器由筒体、封头、密封装置、开孔接管、支座、安全附件六大部件组成。
筒体的作用:用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间。
封头的作用:与筒体直接焊在一起,起到构成完整容器压力空间的作用。
密封装置的作用:保证承压容器不泄漏。
开孔接管的作用:满足工艺要求和检修需要。
支座的作用:支承并把压力容器固定在基础上。
安全附件的作用:保证压力容器的使用安全和测量、控制工作介质的参数,保证压力容器的使用安全和工
艺过程的正常进行。
2. 介质的毒性程度和易燃特性对压力容器的设计、制造、使用和管理有何影响?
答:介质毒性程度越高,压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重,对材料选用、制造、检验和管理的要
求愈高。如 Q235-A 或 Q235-B 钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器;盛装毒性
程度为极度或高度危害介质的容器制造时,碳素钢和低合金钢板应力逐张进行超声检测,整体必须进行焊
后热处理,容器上的 A、B 类焊接接头还应进行 100%射线或超声检测,且液压试验合格后还得进行气密
性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器,其要求要低得多。毒性程度对法兰的选用影响也甚大,主
要体现在法兰的公称压力等级上,如内部介质为中度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于 1.0MPa;
内部介质为高度或极度毒性危害,选用的管法兰的公称压力应不小于 1.6MPa,且还应尽量选用带颈对焊法
兰等。
易燃介质对压力容器的选材、设计、制造和管理等提出了较高的要求。如 Q235-A·F 不得用于易燃介
质容器;Q235-A 不得用于制造液化石油气容器;易燃介质压力容器的所有焊缝(包括角焊缝)均应采用全
焊透结构等。
3. 《压力容器安全技术监察规程》在确定压力容器类别时,为什么不仅要根据压力高低,还要视压力与
容积的乘积 pV 大小进行分类?
答:因为 pV 乘积值越大,则容器破裂时爆炸能量愈大,危害性也愈大,对容器的设计、制造、检验、使
用和管理的要求愈高。
4. 《压力容器安全技术监察规程》与 GB150 的适用范围是否相同?为什么?
答:不相同。
《压力容器安全技术监察规程》的适用范围:
○
1
最高工作压力≥0.1MPa(不含液体静压力);
○
2
内直
径(非圆形截面指其最大尺寸)≥0.15m,且容积≥0.025m
3
;
○
3
盛装介质为气体、液化气体或最高工作温
度高于等于标准沸点的液体。
GB150 的适用范围:
○
1
0.1MPa≤p≤35MPa,真空度不低于 0.02MPa;
○
2
按钢材允许的使用温度确定(最
高为 700℃,最低为-196℃);
○
3
对介质不限;
○
4
弹性失效设计准则和失稳失效设计准则;
○
5
以材料力学、
板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数;
○
6
最大应力理论;
○
7
不适用疲劳分析容器。
GB150 是压力容器标准是设计、制造压力容器产品的依据;《压力容器安全技术监察规程》是政府对压
力容实施安全技术监督和管理的依据,属技术法规范畴。
5. GB150、JB4732 和 JB/T4735 三个标准有何不同?它们的适用范围是什么?
答:JB/T4735《钢制焊接常压容器》与 GB150《钢制压力容器》属于常规设计标准;JB4732《钢制压力容
器—分析设计标准》是分析设计标准。JB/T4735 与 GB150 及 JB4732 没有相互覆盖范围,但 GB150 与 JB4732
创创大帝
2
相互覆盖范围较广。
GB150 的适用范围:
○
1
设计压力为 0.1MPa≤p≤35MPa,真空度不低于 0.02MPa;
○
2
设计温度为按钢
材允许的使用温度确定(最高为 700℃,最低为-196℃);
○
3
对介质不限;
○
4
采用弹性失效设计准则和失稳
失效设计准则;
○
5
应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数;
○
6
采用最大应力理论;
○
7
不适用疲劳分析容器。
JB4732 的适用范围:
○
1
设计压力为 0.1MPa≤p<100MPa,真空度不低于 0.02MPa;
○
2
设计温度为低于以
钢材蠕变控制其设计应力强度的相应温度(最高为 475℃);
○
3
对介质不限;
○
4
采用塑性失效设计准则、失
稳失效设计准则和疲劳失效设计准则,局部应力用极限分析和安定性分析结果来评定;
○
5
应力分析方法是
弹性有限元法、塑性分析、弹性理论和板壳理论公式、实验应力分析;
○
6
采用切应力理论;
○
7
适用疲劳分
析容器,有免除条件。
JB/T4735 的适用范围:
○
1
设计压力为-0.02MPa≤p<0.1MPa;
○
2
设计温度为大于-20~350℃(奥氏体高
合金钢制容器和设计温度低于-20℃,但满足低温低应力工况,且调整后的设计温度高于-20℃的容器不受
此限制);
○
3
不适用于盛装高度毒性或极度危害的介质的容器;
○
4
采用弹性失效设计准则和失稳失效设计
准则;
○
5
应力分析方法以材料力学、板壳理论公式为基础,并引入应力增大系数和形状系数;
○
6
采用最大
应力理论;
○
7
不适用疲劳分析容器。
2.压力容器应力分析
思考题
1. 一壳体成为回转薄壳轴对称问题的条件是什么?
答:几何形状、承受载荷、边界支承、材料性质均对旋转轴对称。
2. 推导无力矩理论的基本方程时,在微元截取时,能否采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中
与经线垂直、同壳体正交的圆锥面?为什么?
答:不能。
如果采用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面,这两截面与
壳体的两表面相交后得到的两壳体表面间的距离大于实际壳体厚度,不是实际壳体厚度。建立的平衡方程
的内力与这两截面正交,而不是与正交壳体两表面的平面正交,在该截面上存在正应力和剪应力,而不是
只有正应力,使问题复杂化。
3. 试分析标准椭圆形封头采用长短轴之比 a/b=2 的原因。
答:a/b=2 时,椭圆形封头中的最大压应力和最大拉应力相等,使椭圆形封头在同样壁厚的情况下承受的
内压力最大,因此 GB150 称这种椭圆形封头为标准椭圆形封头
4. 何谓回转壳的不连续效应?不连续应力有哪些特征,其中β与 两个参数的物理意义是什么?
答:回转壳的不连续效应:附加力和力矩产生的变形在组合壳连接处附近较大,很快变小,对应的边缘应
力也由较高值很快衰减下来,称为“不连续效应”或“边缘效应”。
不连续应力有两个特征:局部性和自限性。
局部性:从边缘内力引起的应力的表达式可见,这些应力是 的函数随着距连接处距离的增大,很快
衰减至 0。
不自限性:连续应力是由于毗邻壳体,在连接处的薄膜变形不相等,两壳体连接边缘的变形受到弹性约束
所致,对于用塑性材料制造的壳体,当连接边缘的局部产生塑性变形,弹性约束开始缓解,变形不会连续
发展,不连续应力也自动限制,这种性质称为不连续应力的自限性。
β的物理意义:
Rt
4
2
13
反映了材料性能和壳体几何尺寸对边缘效应影响范围。该值越大,边缘
效应影响范围越小。
x
e
Rt
创创大帝
3
Rt
的物理意义:该值与边缘效应影响范围的大小成正比。反映边缘效应影响范围的大小。
5. 单层厚壁圆筒承受内压时,其应力分布有哪些特征?当承受内压很高时,能否仅用增加壁厚来提高承
载能力,为什么?
答:应力分布的特征:
○
1
周向应力σ
θ
及轴向应力σ
z
均为拉应力(正值),径向应力σ
r
为压应力(负值)。
在数值上有如下规律:内壁周向应力σ
θ
有最大值,其值为:
1
1
2
2
max
K
K
p
i
,而在外壁处减至最小,
其值为
1
2
2
min
K
p
i
,内外壁σ
θ
之差为 p
i
;径向应力内壁处为-p
i
,随着 r 增加,径向应力绝对值
逐渐减小,在外壁处σ
r
=0。
○
2
轴向应力为一常量,沿壁厚均匀分布,且为周向应力与径向应力和的一半,
即
2
r
z
。
○
3
除σ
z
外,其他应力沿厚度的不均匀程度与径比 K 值有关。
不能用增加壁厚来提高承载能力。因内壁周向应力σ
θ
有最大值,其值为:
1
1
2
2
max
K
K
p
i
,随 K 值
增加,分子和分母值都增加,当径比大到一定程度后,用增加壁厚的方法降低壁中应力的效果不明显。
6. 单层厚壁圆筒同时承受内压 p
i
与外压 p
o
用时,能否用压差
oi
ppp
代入仅受内压或仅受外压的厚
壁圆筒筒壁应力计算式来计算筒壁应力?为什么?
答:不能。从 Lamè公式
22
0
2
00
2
222
0
2
0
2
0
22
0
2
00
2
222
0
2
0
2
0
22
0
2
00
2
1
1
i
ii
z
i
ii
i
ii
i
ii
i
ii
r
RR
RpRp
rRR
RRpp
RR
RpRp
rRR
RRpp
RR
RpRp
可以看出各应力分量的第一项与内压力和外压力
成正比,并不是与
oi
ppp
成正比。而径向应
力与周向应力的第二项与
oi
ppp
成正比。因
而不能用
oi
ppp
表示。
7. 单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时,其综
合应力沿壁厚如何分布?筒壁屈服发生在何处?
为什么?
答:单层厚壁圆筒在内压与温差同时作用时,其综
合应力沿壁厚分布情况题图。内压内加热时,综合
应力的最大值为周向应力,在外壁,为拉伸应力;
轴向应力的最大值也在外壁,也是拉伸应力,比周
思考题 7 图
创创大帝
4
向应力值小;径向应力的最大值在外壁,等于 0。内压外加热,综合应力的最大值为周向应力,在内壁,
为拉伸应力;轴向应力的最大值也在内壁,也是拉伸应力,比周向应力值小;径向应力的最大值在内壁,
是压应力。
筒壁屈服发生在:内压内加热时,在外壁;内压外加热时,在内壁。是因为在上述两种情况下的应力值最
大。
8. 为什么厚壁圆筒微元体的平衡方程
dr
d
r
r
r
,在弹塑性应力分析中同样适用?
答:因平衡方程的建立与材料性质无关,只要弹性和弹塑性情况下的其它假定条件一致,建立的平衡方程
完全相同。
9. 一厚壁圆筒,两端封闭且能可靠地承受轴向力,试问轴向、环向、径向三应力之关系式
2
r
z
,
对于理想弹塑性材料,在弹性、塑性阶段是否都成立,为什么?
答:对于理想弹塑性材料,在弹性、塑性阶段都成立。
在弹性阶段成立在教材中已经有推导过程,该式是成立的。由拉美公式可见,成立的原因是轴向、环向、
径向三应力随内外压力变化,三个主应力方向始终不变,三个主应力的大小按同一比例变化,由式
2
r
z
可见,该式成立。对理想弹塑性材料,从弹性段进入塑性段,在保持加载的情况下,三个
主应力方向保持不变,三个主应力的大小仍按同一比例变化,符合简单加载条件,根据塑性力学理论,可
用全量理论求解,上式仍成立。
10. 有两个厚壁圆筒,一个是单层,另一个是多层圆筒,二者径比 K 和材料相同,试问这两个厚壁圆筒的
爆破压力是否相同?为什么?
答:从爆破压力计算公式看,理论上相同,但实际情况下一般不相同。爆破压力计算公式中没有考虑圆筒
焊接的焊缝区材料性能下降的影响。单层圆筒在厚壁情况下,有较深的轴向焊缝和环向焊缝,这两焊缝的
焊接热影响区的材料性能变劣,不易保证与母材一致,使承载能力下降。而多层圆筒,不管是采用层板包
扎、还是绕板、绕带、热套等多层圆筒没有轴向深焊缝,而轴向深焊缝承受的是最大的周向应力,圆筒强
度比单层有轴向深焊缝的圆筒要高,实际爆破时比单层圆筒的爆破压力要高。
11. 预应力法提高厚壁圆筒屈服承载能力的基本原理是什么?
答:使圆筒内层材料在承受工作载荷前,预先受到压缩预应力作用,而外层材料处于拉伸状态。当圆筒承
受工作压力时,筒壁内的应力分布按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成。内壁处的总应力有所
下降,外壁处的总应力有所上升,均化沿筒壁厚度方向的应力分布。从而提高圆筒的初始屈服压力,更好
地利用材料。
12. 承受横向均布载荷的圆形薄板,其力学特征是什么?其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是什
么?
答:承受横向均布载荷的圆形薄板,其力学特征是:
○
1
承受垂直于薄板中面的轴对称载荷;
○
2
板弯曲时其
中面保持中性;
○
3
变形前位于中面法线上的各点,变形后仍位于弹性曲面的同一法线上,且法线上各点间
的距离不变;
○
4
平行于中面的各层材料互不挤压。
其承载能力低于薄壁壳体的承载能力的原因是:薄板内的应力分布是线性的弯曲应力,最大应力出现有板
面,其值与
2
tRp
成正比;而薄壁壳体内的应力分布是均匀分布,其值与
tRp
成正比。同样的
tR
情况下,按薄板和薄壳的定义,
tRtR
2
,而薄板承受的压力 p 就远小于薄壳承受的压力 p 了。
创创大帝
5
13. 试比较承受均布载荷作用的圆形薄板,在周边简支和固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小和位
置。
答:
○
1
周边固支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为:
2
2
max
4
3
t
pR
D
pR
w
f
64
4
max
○
2
周边简支情况下的最大弯曲应力和挠度的大小为:
2
2
max
8
33
t
pR
1
5
64
4
max
D
pR
w
s
○
3
应力分布:周边简支的最大应力在板中心;周边固支的最大应力在板周边。两者的最大挠度位置均在圆
形薄板的中心。
○
4
周边简支与周边固支的最大应力比值
65.1
2
3
3.0
max
max
f
r
s
r
周边简支与周边固支的最大挠度比值
08.4
3.01
3.05
1
5
3.0
max
max
f
s
w
w
其结果绘于下图
14. 试述承受均布外压的回转壳破坏的形式,并与承受均布内压的回转壳相比有何异同?
答:承受均布外压的回转壳的破坏形式主要是失稳,当壳体壁厚较大时也有可能出现强度失效;承受均布
内压的回转壳的破坏形式主要是强度失效,某些回转壳体,如椭圆形壳体和碟形壳体,在其深度较小,出
现在赤道上有较大压应力时,也会出现失稳失效。
15. 试述有哪些因素影响承受均布外压圆柱壳的临界压力?提高圆柱壳弹性失稳的临界压力,采用高强度
材料是否正确,为什么?
答:影响承受均布外压圆柱壳的临界压力的因素有:壳体材料的弹性模量与泊松比、长度、直径、壁厚、
圆柱壳的不圆度、局部区域的折皱、鼓胀或凹陷。
提高圆柱壳弹性失稳的临界压力,采用高强度材料不正确,因为高强度材料的弹性模量与低强度材料的弹
性模量相差较小,而价格相差往往较大,从经济角度不合适。但高强度材料的弹性模量比低强度材料的弹
创创大帝
剩余36页未读,继续阅读
资源评论
- 2401_839493492024-04-04这个资源值得下载,资源内容详细全面,与描述一致,受益匪浅。
- 2401_836062042024-03-22资源有很好的参考价值,总算找到了自己需要的资源啦。
- 2301_820130092023-12-25这个资源对我启发很大,受益匪浅,学到了很多,谢谢分享~
创创大帝(水印很浅-下载的文档)
- 粉丝: 2287
- 资源: 5389
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功