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化工设备机械基础复习题+参考答案

一、选择题（每题2分，共20分）

1.以下哪种材料不属于金属材料的力学性能指标？（）

A.抗拉强度B.断裂韧性C.热导率D.疲劳强度

2.内压圆筒的壁厚计算公式中，焊接接头系数φ的取值范围是（）

A.0.5~1.0B.0.6~1.0C.0.7~1.0D.0.8~1.0

3.外压容器设计中，当圆筒的长径比L/Di较大时，其失稳形式为（）

A.周向失稳（波形数n≥2）B.轴向失稳（波形数n=1）C.局部失稳D.弹性失稳

4.法兰连接中，垫片的主要作用是（）

A.传递螺栓预紧力B.填充法兰密封面间隙，阻止介质泄漏C.提高法兰刚度D.降低螺栓应力

5.螺栓连接的预紧力过大可能导致（）

A.螺栓断裂B.密封面分离C.垫片压缩不足D.法兰翘曲变形

6.以下哪种强度理论适用于塑性材料的静载破坏？（）

A.第一强度理论（最大拉应力理论）B.第二强度理论（最大拉应变理论）

C.第三强度理论（最大切应力理论）D.第四强度理论（畸变能理论）

7.压力容器设计中，腐蚀余量的确定主要依据（）

A.介质腐蚀性B.容器使用年限C.材料耐蚀性D.以上均是

8.受均布外压的圆筒，其临界压力与（）无关？

A.圆筒长度B.圆筒直径C.材料弹性模量D.介质密度

9.焊接接头的“未焊透”缺陷会导致（）

A.应力集中B.材料韧性提高C.焊接残余应力降低D.接头强度提高

10.以下哪种密封结构属于非接触式密封？（）

A.垫片密封B.机械密封C.填料密封D.迷宫密封

二、填空题（每空1分，共20分）

1.材料的屈服强度是指材料发生__________时的应力，常用符号__________表示。

2.内压圆筒的壁厚计算公式为__________，其中p为__________，Di为__________。

3.外压容器设计中，当圆筒的长径比L/Di≤5时，其临界压力主要由__________控制；当L/Di5时，临界压力由__________控制。

4.法兰密封的三要素是__________、__________和__________。

5.螺栓连接的强度校核包括__________和__________两部分，其中预紧力需满足__________条件。

6.焊接接头的基本形式有__________、__________、__________和__________四种。

7.压力容器的主要失效形式包括__________、__________、__________和__________。

三、简答题（每题6分，共30分）

1.简述第三强度理论和第四强度理论的区别及适用场合。

2.外压容器为什么需要设计成短粗型（小长径比）？

3.法兰连接中，为什么要控制螺栓的预紧力？如何确定合理的预紧力？

4.简述内压容器与外压容器的设计准则差异。

5.焊接残余应力对容器性能有何影响？常用的消除方法有哪些？

四、计算题（共30分）

1.（10分）某内压圆筒容器，设计压力p=2.5MPa，设计温度t=200℃，材料为Q345R（[σ]t=170MPa），焊接接头系数φ=0.85（双面焊，局部无损检测），腐蚀余量C2=2mm。圆筒内径Di=1200mm，试计算其名义壁厚δn（计算时取C1=0，圆整后壁厚按GB150取整规则）。

2.（10分）某外压圆筒容器，内径Di=1000mm，壁厚δn=8mm（有效壁厚δe=7mm），长度L=2500mm，材料为Q245R（弹性模量E=206×103MPa，泊松比μ=0.3）。试计算该圆筒的临界压力pcr（采用弹性失稳公式，当L/Di5时，临界压力公式为pcr=2.59E(δe/Di)3/(L/Di)）。

3.（10分）某螺栓连接法兰，选用M20螺栓（小径d1=17.294mm，数量n=8），预紧力F0=20kN，工作压力p=1.6MPa，法兰密封面平均直径Dm=300mm。试校核螺栓的拉伸强度（材料许用应力[σ]b=100MPa），并判断是否满足密封要求（密封比压q=3MPa，垫片接触面积A=πDmδ，δ=3mm）。

参考答案

一、选择题

1.C（热导率属于物理性能）

2.D（GB150规定，双面焊或相当于双面焊的全熔透对接接头，局部无损检测时φ=0.85~1.0；单面焊时φ=0.7~0.9）

3.A（长径比大时，周向波形数n≥2