【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 性模量成正比，這三種材料中碳素鋼的E最大，因此，碳素鋼的臨界壓力最大。14. 兩個(gè)直徑、厚度和材質(zhì)相同的圓筒，承受相同的周向均布外壓，其中一個(gè)為長(zhǎng)圓筒，另一個(gè)為短圓筒，試問(wèn)它們的臨界壓力是否相同，為什么？在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓應(yīng)力是否相同，為什么？隨著所承受的周向均布外壓力不斷增加，兩個(gè)圓筒先后失穩(wěn)時(shí)，圓筒中的周向壓應(yīng)力是否相同，為什么？答：臨界壓力不相同。長(zhǎng)圓筒的臨界壓力小，短圓筒的臨界壓力大。因?yàn)殚L(zhǎng)圓筒不能受到圓筒兩端部的支承，容易失穩(wěn)；而短圓筒的兩端對(duì)筒體有較好的支承作用，使圓筒更不易失穩(wěn)。在失穩(wěn)前，圓筒中周向壓應(yīng)力相同。因?yàn)樵谑Х€(wěn)前圓筒保持穩(wěn)定狀態(tài)，幾何形狀仍保持為圓柱形，殼體內(nèi)的壓應(yīng)力計(jì)算與承受內(nèi)壓的圓筒計(jì)算拉應(yīng)力相同方法。其應(yīng)力計(jì)算式中無(wú)長(zhǎng)度尺寸，在直徑、厚度、材質(zhì)相同時(shí)，其應(yīng)力值相同。圓筒中的周向壓應(yīng)力不相同。直徑、厚度和材質(zhì)相同的圓筒壓力小時(shí)，其殼體內(nèi)的壓應(yīng)力小。長(zhǎng)圓筒的臨界壓力比短圓筒時(shí)的小，在失穩(wěn)時(shí)，長(zhǎng)圓筒殼內(nèi)的壓應(yīng)力比短圓筒殼內(nèi)的壓應(yīng)力小。15. 承受均布周向外壓力的圓筒，只要設(shè)置加強(qiáng)圈均可提高其臨界壓力。對(duì)否，為什么？且采用的加強(qiáng)圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟(jì)上愈合理。對(duì)否，為什么？答：承受均布周向外壓力的圓筒，只要設(shè)置加強(qiáng)圈均可提高其臨界壓力，對(duì)。只要設(shè)置加強(qiáng)圈均可提高圓筒的剛度，剛度提高就可提高其臨界壓力。采用的加強(qiáng)圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，故經(jīng)濟(jì)上愈合理，不對(duì)。采用的加強(qiáng)圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，是對(duì)的。但加強(qiáng)圈多到一定程度后，圓筒壁厚下降較少，并且考慮腐蝕、制造、安裝、使用、維修等要求，圓筒需要必要的厚度，加強(qiáng)圈增加的費(fèi)用比圓筒的費(fèi)用減少要大，經(jīng)濟(jì)上不合理。16. 有一圓筒，其內(nèi)徑為1000mm，厚度為10mm，長(zhǎng)度為20m，材料為20R（σb=400MPa，σs=245MPa，E=2105MPa，μ=）。在承受周向外壓力時(shí)，求其臨界壓力pcr。在承受內(nèi)壓力時(shí)，求其爆破壓力pb，并比較其結(jié)果。解：臨界壓力pcr屬長(zhǎng)短圓筒，其臨界壓力為承受內(nèi)壓力時(shí)，求其爆破壓力pb，（Faupel公式)承受內(nèi)壓時(shí)的爆破壓力遠(yuǎn)高于承受外壓時(shí)的臨界壓力。17. 題16中的圓筒，其長(zhǎng)度改為2m，再進(jìn)行上題中的、的計(jì)算，并與上題結(jié)果進(jìn)行綜合比較。解：臨界壓力pcr，屬短圓筒，其臨界壓力為承受內(nèi)壓力時(shí)，求其爆破壓力pb，（Faupel公式)承受內(nèi)壓時(shí)的爆破壓力高于承受外壓時(shí)的臨界壓力，但比長(zhǎng)圓筒時(shí)的倍數(shù)小了很多。3．壓力容器材料及環(huán)境和時(shí)間對(duì)其性能的影響思考題1. 壓力容器用鋼有哪些基本要求？答：有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性、制造性能和與介質(zhì)相容性。2. 影響壓力容器鋼材性能的環(huán)境因素主要有哪些？答：主要有溫度高低、載荷波動(dòng)、介質(zhì)性質(zhì)、加載速率等。3. 為什么要控制壓力容器用鋼中的硫、磷含量？答：因?yàn)榱蚰艽龠M(jìn)非金屬夾雜物的形成，使塑性和韌性降低。磷能提高鋼的強(qiáng)度，但會(huì)增加鋼的脆性，特別是低溫脆性。將硫和磷等有害元素含量控制在很低水平，即大大提高鋼材的純凈度，可提高鋼材的韌性、抗中子輻照脆化能力，改善抗應(yīng)變時(shí)效性能、抗回火脆性性能和耐腐蝕性能。4. 為什么說(shuō)材料性能劣化引起的失效往往具有突發(fā)性？工程上可采取哪些措施來(lái)預(yù)防這種失效？答：材料性能劣化主要表現(xiàn)是材料脆性增加，韌性下降，如材料的低溫脆化；高溫蠕變的斷裂呈脆性、珠光體球化、石墨化、回火脆化、氫腐蝕和氫脆；中子輻照引起材料輻照脆化。外觀(guān)檢查和無(wú)損檢測(cè)不能有效地發(fā)現(xiàn)脆化，在斷裂前不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)事故前無(wú)任何征兆，具有突發(fā)性。工程上可采取預(yù)防這種失效的措施有：對(duì)低溫脆化選擇低溫用鋼、高溫蠕變斷裂在設(shè)計(jì)時(shí)按蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)、珠光體球化采用熱處理方法恢復(fù)性能、石墨化采用在鋼中加入與碳結(jié)合能力強(qiáng)的合金元素方法、回火脆性采用嚴(yán)格控制微量雜質(zhì)元素的含量和使設(shè)備升降溫的速度盡量緩慢、氯腐蝕和氫脆在設(shè)計(jì)時(shí)采用抗氫用鋼、中子輻照材料脆化在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)測(cè)及時(shí)更換。5. 壓力容器選材應(yīng)考慮哪些因素？答：應(yīng)綜合考慮壓力容器的使用條件、零件的功能和制造工藝、材料性能、材料使用經(jīng)驗(yàn)、材料價(jià)格和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。4．壓力容器設(shè)計(jì)思考題1. 為保證安全，壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮哪些條件？具體有哪些要求？答：壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮：材料、結(jié)構(gòu)、許用應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、制造、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)。壓力容器設(shè)計(jì)的具體要求：壓力容器設(shè)計(jì)就是根據(jù)給定的工藝設(shè)計(jì)條件，遵循現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在確保安全的前提下，經(jīng)濟(jì)、正確地選擇材料，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)（剛）度和密封設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是確定合理、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，并滿(mǎn)足制造、檢驗(yàn)、裝配、運(yùn)輸和維修等要求；強(qiáng)（剛）度設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是確定結(jié)構(gòu)尺寸，滿(mǎn)足強(qiáng)度或剛度及穩(wěn)定性要求；密封設(shè)計(jì)主要是選擇合適的密封結(jié)構(gòu)和材料，保證密封性能良好。2. 壓力容器的設(shè)計(jì)文件應(yīng)包括哪些內(nèi)容？答：包括設(shè)計(jì)圖樣、技術(shù)條件、強(qiáng)度計(jì)算書(shū)，必要時(shí)還應(yīng)包括設(shè)計(jì)或安裝、使用說(shuō)明書(shū)。若按分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，還應(yīng)提供應(yīng)力分析報(bào)告。3. 壓力容器設(shè)計(jì)有哪些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則？它們和壓力容器失效形式有什么關(guān)系？答：壓力容器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有：強(qiáng)度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、脆性斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則將容器總體部位的初始屈服視為失效，以危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到許用應(yīng)力為依據(jù)；塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以整個(gè)危險(xiǎn)面屈服作為失效狀態(tài)；爆破失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以容器爆破作為失效狀態(tài)；彈塑性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則認(rèn)為只要載荷變化范圍達(dá)到安定載荷，容器就失效；疲勞失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以在載荷反復(fù)作用下，微裂紋于滑移帶或晶界處形成，并不斷擴(kuò)展，形成宏觀(guān)疲勞裂紋并貫穿容器厚度，從而導(dǎo)致容器發(fā)生失效；蠕變失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以在高溫下壓力容器產(chǎn)生蠕變脆化、應(yīng)力松馳、蠕變變形和蠕變斷裂為失效形式；脆性斷裂失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以壓力容器的裂紋擴(kuò)展斷裂為失效形式；剛度失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以構(gòu)件的彈性位移和轉(zhuǎn)角超過(guò)規(guī)定值為失效；穩(wěn)定失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以外壓容器失穩(wěn)破壞為失效形式；泄漏失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以密封裝置的介質(zhì)泄漏率超過(guò)許用的泄漏率為失效。4. 什么叫設(shè)計(jì)壓力？液化氣體儲(chǔ)存壓力容器的設(shè)計(jì)壓力如何確定？答：壓力容器的設(shè)計(jì)載荷條件之一，其值不得低于最高工作壓力。液化氣體儲(chǔ)存壓力容器的設(shè)計(jì)壓力，根據(jù)大氣環(huán)境溫度，考慮容器外壁有否保冷設(shè)施，根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。5. 一容器殼體的內(nèi)壁溫度為T(mén)i，外壁溫度為T(mén)o，通過(guò)傳熱計(jì)算得出的元件金屬截面的溫度平均值為T(mén)，請(qǐng)問(wèn)設(shè)計(jì)溫度取哪個(gè)？選材以哪個(gè)溫度為依據(jù)？答：設(shè)計(jì)溫度取元件金屬截面的溫度平均值T。選材以元件金屬截面的溫度平均值為依據(jù)。6. 根據(jù)定義，用圖標(biāo)出計(jì)算厚度、設(shè)計(jì)厚度、名義厚度和最小厚度之間的關(guān)系；在上述厚度中，滿(mǎn)足強(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是哪一個(gè)？為什么？計(jì)算厚度δ名義厚度δn設(shè)計(jì)厚度δd腐蝕裕量C2厚度負(fù)偏差C1最小厚度δmin第一次厚度圓整值腐蝕裕量C2答：計(jì)算厚度、設(shè)計(jì)厚度、名義厚度和最小厚度之間的關(guān)系滿(mǎn)足強(qiáng)度（剛度、穩(wěn)定性）及使用壽命要求的最小厚度是設(shè)計(jì)厚度。因?yàn)樵O(shè)計(jì)厚度是計(jì)算厚度加腐蝕裕量，計(jì)算厚度可以滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，再加上腐蝕裕量可以滿(mǎn)足壽命的要求。因?yàn)楦g裕量不一定比厚度負(fù)偏差加第一厚度圓整值的和小，最小厚度有可能比計(jì)算厚度小，而不能保證壽命。7. 影響材料設(shè)計(jì)系數(shù)的主要因素有哪些？答：影響材料設(shè)計(jì)系數(shù)的主要因素有：應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確性、材料性能的均勻必、載荷的確切程度、制造工藝和使用管理的先進(jìn)性以及檢驗(yàn)水平等因素。8. 壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)法和分析設(shè)計(jì)法有何主要區(qū)別？答：壓力容器的常規(guī)設(shè)計(jì)法和分析設(shè)計(jì)法的主要區(qū)別：常規(guī)設(shè)計(jì)法只考慮承受“最大載荷”按一次施加的靜載，不考慮熱應(yīng)力和疲勞壽命問(wèn)題；常規(guī)設(shè)計(jì)法以材料力學(xué)及彈性力學(xué)中的簡(jiǎn)化模型為基礎(chǔ)，確定筒體與部件中平均應(yīng)力的大小，只要此值限制在以彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則所確定的許用應(yīng)力范圍內(nèi)，則認(rèn)為筒體和部件是安全的；常規(guī)設(shè)計(jì)法只解決規(guī)定容器結(jié)構(gòu)形式的問(wèn)題，無(wú)法應(yīng)用于規(guī)范中未包含的其他容器結(jié)構(gòu)和載荷形式，不利于新型設(shè)備的開(kāi)發(fā)和使用；分析設(shè)計(jì)法對(duì)承受各種載荷、任何結(jié)構(gòu)形式的壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，先進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，將各種外載荷或變形約束產(chǎn)生的應(yīng)力分別計(jì)算出來(lái)，然后進(jìn)行應(yīng)力分類(lèi)，再按不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則來(lái)限制，保證容器在使用期內(nèi)不發(fā)生各種形式的失效。9. 薄壁圓筒和厚壁圓筒如何劃分？其強(qiáng)度設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是什么？有何區(qū)別？答：當(dāng)滿(mǎn)足δ/D≤≤，否則屬厚壁圓筒。強(qiáng)度設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。彈性失效設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是以危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)到許用應(yīng)力為依據(jù)的。對(duì)于各處應(yīng)力相等的構(gòu)件，如內(nèi)壓薄壁圓筒，這種設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是正確的。但是對(duì)于應(yīng)力分布不均勻的構(gòu)件，如內(nèi)壓厚壁圓筒，由于材料韌性較好，當(dāng)危險(xiǎn)點(diǎn)（內(nèi)壁）發(fā)生屈服時(shí)，其余各點(diǎn)仍處于彈性狀態(tài)，故不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)截面的屈服，因而構(gòu)件仍能繼續(xù)承載。在這種情況下，彈性失效(一點(diǎn)強(qiáng)度)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則就顯得有些保守。10. 高壓容器的圓筒有哪些結(jié)構(gòu)形式？它們各有什么特點(diǎn)和適用范圍？答：高壓容器的圓筒的結(jié)構(gòu)形式有：多層包扎式、熱套式、繞板式、整體多層包扎式、繞帶式。特點(diǎn)和適用范圍：多層包扎式：目前世界上使用最廣泛、制造和使用經(jīng)驗(yàn)最為豐富的組合式圓筒結(jié)構(gòu)；制造工藝簡(jiǎn)單，不需要大型復(fù)雜的加工設(shè)備；與單層式圓筒相比安全可靠性高，層板間隙具有阻止缺陷和裂紋向厚度方向擴(kuò)展的能力，減少了脆性破壞的可能性，同時(shí)包扎預(yù)應(yīng)力可有效改善圓筒的應(yīng)力分布；但多層包扎式圓筒制造工序多、周期長(zhǎng)、效率低、鋼板材料利用率低，尤其是筒節(jié)間對(duì)接的深環(huán)焊縫對(duì)容器的制造質(zhì)量和安全有顯著影響。對(duì)介質(zhì)