【文章內容簡介】 依據(jù)彈性失效理論,容器上一處的最大應力達到材料在設計溫度下的屈服點σs(t)時,即宣告該容器已經(jīng)”失效”. ( √ )3. 安全系數(shù)是一個不斷發(fā)展變化的數(shù)據(jù),按照科學技術發(fā)展的總趨勢,安全系數(shù)將逐漸變小. ( √ )4. 當焊接接頭結構形式一定時,焊接接頭系數(shù)隨著監(jiān)測比率的增加而減小. ( )5. 由于材料的強度指標σb和σs()是通過對試件作單向拉伸試驗而側得,對于二向或三向應力狀態(tài),在建立強度條件時,必須借助于強度理論將其轉換成相當于單向拉伸應力狀態(tài)的相當應力. ( √ ）四、 工程應用題A組： 有一DN2000mm的內壓薄壁圓筒,壁厚Sn=22mm,承受的最大氣體工作壓力pw=2MPa,容器上裝有安全閥,焊接接頭系數(shù)φ=,厚度附加量為C=2mm,試求筒體的最大工作應力.【解】（1）確定參數(shù)：pw =2MPa。 pc= =（裝有安全閥）。 Di= DN=2000mm( 鋼板卷制)。 Sn =22mm。 Se = Sn C=20mmφ=（題中給定）。 C=2mm（題中給定）.（2）最大工作應力： 某球形內壓薄壁容器,內徑為Di=10m,厚度為Sn=22mm,若令焊接接頭系數(shù)φ=,厚度附加量為C=2mm,[σ]t=147MPa.【解】（1）確定參數(shù)：Di =10m。 Sn =22mm。 φ=。 C=2mm。 [σ]t =147MPa.Se = Sn C=20mm. （2）最大工作壓力：球形容器. 某化工廠反應釜,內徑為1600mm,工作溫度為5℃~105℃,釜體材料選用0Cr18Ni9Ti。采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,凸形封頭上裝有安全閥,試設計釜體厚度。【解】（1）確定參數(shù)：Di =1600mm。 tw=5~105℃。 pw=。 pc = pw =（裝有安全閥）φ=（雙面焊對接接頭, 局部探傷）C2=0（對不銹鋼，當介質腐蝕性輕微時）材質：0Cr18Ni9Ti [σ]t =（按教材附錄9表162，內插法取值）[σ] =137MPa （2）計算厚度： C1=（按教材表49取值，GB423792《不銹鋼熱軋鋼板》）, C=C1+C2=. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =16mm.（3） 水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn C== 試驗壓力 計算應力 應力校核 ∴ 水壓試驗強度足夠 有一圓筒形乙烯罐,內徑Di=1600mm,壁厚Sn=16mm,計算壓力為pc=,℃，材質為16MnR,采用雙面焊對接接頭,局部無損探傷,厚度附加量C=3mm,試校核貯罐強度?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di =1600mm。 Sn =16mm。 tw=℃。 pc=.φ=（雙面焊對接接頭, 局部探傷）16MnR： 常溫下的許用應力 [s] = 170 MPa設計溫度下的許用應力 [s]t = 170 MPa常溫度下的屈服點 ss = 345 MPa有效壁厚：Se = Sn － C = 16 － 3 = 13 mm （2）強度校核最大允許工作壓力[Pw ] ∵ Pc＞[Pw ] ∴ 該貯罐強度不足 設計容器筒體和封頭厚度。已知內徑Di=1400mm,計算壓力pc=,設計溫度為40℃,材質為15MnVR,100%探傷。封頭按半球形、標準橢圓形和標準碟形三種形式算出其所需厚度,最后根據(jù)各有關因素進行分析,確定一最佳方案?！窘狻浚?）確定參數(shù)：Di=1400mm。 pc=。 t=40℃。 φ=（雙面焊對接接頭,100%探傷）；C2=1mm.（介質無大腐蝕性）15MnVR：假設鋼板厚度: 6~16mm ，則： [σ]t =177MPa ， [σ] =177MPa ，ss = 390 MPa（2）筒體壁厚設計：C1=（按教材表49取值，GB665494《壓力容器用鋼板》） C=C1+C2=. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =9mm.（3） 筒體水壓試驗校核 有效壁厚 Se = Sn C== 試驗壓力 計算應力 應力校核 ∴ 筒體水壓試驗強度足夠（4）封頭厚度設計半球形封頭： C1=（按教材表49取值，GB665494《壓力容器用鋼板》）C=C1+C2=. 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =5mm.標準橢圓封頭： 名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =9mm.標準碟形封頭：名義壁厚：Sn=S+C+圓整， S+C=+=.圓整后，Sn =11mm.從計算結果看，最佳方案是選用標準橢圓封頭。《化工設備機械基礎》習題解答 第五章 外壓圓筒與封頭的設計二、 判斷是非題（對者畫√， 錯者畫X）1． 假定外壓長圓筒和短圓筒的材質絕對理想，制造的精度絕對保證，則在任何大的外壓下也不會發(fā)生彈性失穩(wěn)。 （ X ）2． 18MnMoNbR鋼板的屈服點比Q235AR鋼板的屈服點高108%，因此，用18MnMoNbR鋼板制造的外壓容器，要比用Q235AR鋼板制造的同一設計條件下的外壓容器節(jié)省許多鋼材。 （ X ）3． 設計某一鋼制外壓短圓筒時，發(fā)現(xiàn)采用20g鋼板算得的臨界壓力比設計要求低10%，后改用屈服點比20g高35%的16MnR鋼板，即可滿足設計要求。 （ X ）4． 幾何形狀和尺寸完全相同的三個不同材料制造的外壓圓筒，其臨界失穩(wěn)壓力大小依次為：Pcr不銹鋼 Pcr鋁 Pcr銅。 （ X ）5． 外壓容器采用的加強圈愈多，殼壁所需厚度就愈薄，則容器的總重量就愈輕。（ X ）三、 填空題a) 受外壓的長圓筒，側向失穩(wěn)時波形數(shù)n=（2）；短圓筒側向失穩(wěn)時波形數(shù)為n（2）的整數(shù)。b) 直徑與壁厚分別為D，S的薄壁圓筒殼，承受均勻側向外壓p作用時，其環(huán)向應力σθ=（PD/2S），經(jīng)向應力σm（PD/4S），它們均是（壓）應力，且與圓筒的長度L（無）關。c) 外壓容器的焊接接頭系數(shù)均取為Φ=（1）；設計外壓圓筒現(xiàn)行的穩(wěn)定安全系數(shù)為m=（3）。d) 外壓圓筒的加強圈，其作用是將（長）圓筒轉化成為（短）圓筒，以提高臨界失穩(wěn)壓力，減薄筒體壁厚。加強圈的慣性矩應計及（加強圈）和（加強圈和圓筒有效段組合截面）。e) 外壓圓筒上設置加強圈后，對靠近加強圈的兩側部分長度的筒體也起到加強作用，該部分長度的范圍為（）。四、 工程應用題A組：圖521中A，B，C點表示三個受外壓的鋼制圓筒，材質為碳素鋼，σs=216MPa，E=206GPa。試回答：（1）A，B，C三個圓筒各屬于哪一類圓筒？它們失穩(wěn)時的波形數(shù)n等于（或大于）幾？BC。CCCAL/DoDo /SeBA圖521（2）如果將圓筒改為鋁合金制造（σs=108MPa，E=），它的許用外壓力有何變化？變化的幅度大概是多少？（用比值[P]鋁/[P]銅=？表示）【解】（1）A—長圓筒，L/D0值較大，臨界壓力Pcr僅與Se/D0有關，而與L/D0無關，失穩(wěn)時的波形數(shù)n=2。B—短圓筒，臨界壓力Pcr不僅與Se/D0有關，而且與L/D0有關，失穩(wěn)時的波形數(shù)為n＞2的整數(shù)。 C—臨界圓筒（長、 短圓筒拐點處），長度等于臨界長度，發(fā)生失穩(wěn)時的波形數(shù)為n≥2。（2）在圓筒幾何尺寸一定情況下，[P]只與E有關。所以，改用鋁合金后： [P]鋁/[P]銅=Pcr鋁/Pcr銅=E鋁/E鋼=。 有一臺聚乙烯聚合釜，其外徑為D0=1580mm，高L=7060mm（切線間長度），有效厚度Se=11mm，材質為0Cr18Ni9Ti，試確定釜體的最大允許外壓力。（設計溫度為200℃）【解】查表得Et=105MPa∵ ∴該聚合釜屬于短圓筒其臨界壓力取m=3，[P]=Pcr/m=∴試設計一臺氨合成塔內筒的厚度，已知內筒外徑為D0=410mm，筒長L=4000mm，材質為0Cr18Ni9Ti，內筒壁溫最高可達450℃。【解】已知D0=410mm, L=4000mm, Et=105MPa, 計算外壓Pc=（1）假設塔內筒名義厚度Sn=8mm，取壁厚附加量C=2mmSe=SnC=82=6mm L/D0= D0/Se=（2）求A值 查圖55 得A= （3）求B值 查圖512 得B=88MPaPc=, Pc＜＜[P]，說明假設的Sn=8mm偏大。（1）重新假設 Sn=6mm Se=SnC=62=4mm L/D0= D0/Se=（2）求A值 查圖55 得A= （3）求B值 查圖512 得B=78MPaPc=, Pc＜[P]，且較接近，故取Sn=6mm合適該內筒采用Sn=6mm的0Cr18Ni9Ti制作，能夠滿足穩(wěn)定性要求。 有一臺液氮罐，直徑為Di=800mm，切線間長度L=1500mm，有效厚度Se=2mm，材質為0Cr18Ni9Ti，由于其密閉性能要求較高，故須進行真空試漏，試驗條件為絕對壓力103mmHg，問不設置加強圈能否被抽癟？如果需要加強圈，則需要幾個？【解】確定計算外壓力： ∵ 真空度=大氣壓絕壓=760103= mmHg∴ 查表得：Et=105MPa（1） 取壁厚附加量C=2mm，有效厚度Se=2mm，則名義厚度Sn= Se+C=2+2=4mm D0= Di+2Sn=800+8=808mm L/D0= D0/Se=404 （2）求A值 查圖55 得A= （3）求B值 查圖512 A點落在曲線左側，計算B值：∵ Pc[P] ∴不設置加強圈會被抽癟（4）設置加強圈 所需加強圈最大間距加強圈個數(shù)：取整，n=3 需設三個加強圈（5）驗算設三個加強圈，則：Le=L/4=1500/4=375mm Le/D0= D0/Se=40