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1、化工设备基础作业习题及答案第1章化工设备材料IT何为蠕变、弹性模数（E）、泊松比（11）?蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。弹性模数（E）：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即。=E,比例系数E为弹性模数。泊松比（u）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。对于钢材，u=0.3o1-2何为低碳钢、低合金钢？低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。1-3钢材ICrI8Ni9Ti中各微量元素所占比例？ICrI8Ni9Ti是奥氏体不锈钢，含碳量为0.1%,Cr含量18%;N
2、i含量9%;Ti含量低于1.5%。1-4要制造一台设计温度80120C,设计压力0.2MPa的氯化氢吸收塔，请为其选择材料。（可供选择的材料有Q235-AR,!Crl8Ni9Ti,铜，铝，硬聚氯乙烯塑料，酚醛树脂漆浸渍的不透性石墨）答：根据设备运行的温度压力及工作过程中要耐氯化氢气体、盐酸溶液及水的化学腐蚀最终选择的材料为Q235-AR+铜衬里。第2章静力学2-3两球自重为Gl和G2,以绳悬挂如图2.1所示，试画小球大球两球合在一起的受力图。小球的受力图：大球的受力图：两球合在一起的受力图:图2.32-6化工厂中起吊反应器时为了不致破坏栏杆，施加一水平力P,使反应器与栏杆相离开（图2.3）。已
3、知此时牵引绳与铅垂线的夹角为30。，反应器重量为30KN,试求水平力P的大小和绳子的拉力T0解：取反应器为研究对象，画受力图如图Zy=O,TCOS30。=G,T=20WKNZX=O,Tsin300=Rp=IoGm2-10如图2.7所示，有一管道支架ABC。A、B、C处均为理想的圆柱形较链约束。已知该支架承受的两管道的重量均为G=4.5KN,图中尺寸均为mm。试求管架中梁AB和杆BC所受的力。解：取支架BC为研究对象画受力图如图ZMA=O-G400-G(400+720)+Sb(400+720)sin45=0S=8.64kN取支架AB为研究对象，画受力图如图YaJXaSb，A/BGGX=0,Xa+
4、Sbcos45o=0,XA=CllkNZY=O,YA+SB,sin450-2G=O,Ya=2.89RN第3章拉伸与压缩3T试求出图3.1所示各杆1T,2-2,及3-3截面上的轴力，并作轴力图。解：使用截面法,沿截面IT将杆分成两段，取出右段并画出受力图（b）用%图 3. 1 (a)表示左段对右段的作用，由平衡方程Fx=0,得Ffn二（拉）同理，可以计算横截面2-2上的轴力F*由截面2-2右段图（C）的平衡方程Fx=O,得Fn2=F（压）同理，可以计算横截面3-3上的轴力R3,由截面3-3右段图（d）的平衡方程XFx=O,得Fn3=03-3图3.3所示三角形支架，杆AB及BC都是圆截面的。杆AB
5、直径&=2Omm,杆BC直径d2=40mm,两杆材料均为Q235钢。设重物的重量G=20kN0问此支架是否安全。解选取B为研究对象如图所示，由平衡方程得ZFX=OG-FcSin30o=0Fy=OFab一FbcCos30o=0解得Fbc=2G反B=抬G正应力为jab=屈，”=110.3MPa=l60MPaAABZ400iOM4。BC=上=2XK)=31,85MPa=160MPaABCi600xl0-64图3.3第4章剪切与挤压4-7图4.1所示销钉连接、已知F=18kN.板厚L=8mm,to=5mm.销钉与板的材料相同,许用切应力=60MPa许用挤压应力p=200MPa0试设计销钉直径CL解许用
6、剪应力pp18x2x101T=-j-=-=l=60MPa7A0J2ljZAl2-d204d14mm挤压应力Pip_p_18103A2t1d8103dp=200MPa得dlImm挤压应力Pi18103，nl=200MPa2A1t22d51032dLpd9mm综上可知d14mm第5章扭转5-5如图5.4所示，在一直径为75mm的等截面圆轴上，作用着外力偶矩:m1=lkNm,m2=0.6kNm,m3=0.2kNm,i=0.2kNmo（1）求各段轴的扭矩图。（2）求出每段内的最大剪力。（3）求出轴的总扭转角。设材料的剪切模量R80GPa.（4）若叫和m?的位置互换，问在材料方面有何增减。图5.4解：A
7、B段、BC段、CD段上所产生的扭矩分别为:=-=12.08MPaWt以0.075)16马_04-=4.83 MPaWt 双0.075厂160.2=/、=242MPaWt乃(0975)2根据得Tl=GlpTJZ1IxlO3232C,-4aGTbHSC.=L=5r=810radP=-=2.4110radnGIp801090.0754GlP=-=810-3rad3GIpra=1-i-2+i=0.0112=0.642若m和11h的位置互换,T=-0.6kNm=0.4kNmT3=0.2kNm最大剪力减少，所以用料将降低5-6如图5.5所示汽车方向盘外径=500mm,驾驶员每只手加在方向盘上的里p=300
8、N,方向盘轴为空心圆轴，其外径之比=dZ)=O.8材料的许用应力上=600MPao试求方向盘轴的内外直径。解：T=P=3000.5=150NmT=5W1D51.r-a16v601064)解得：Z)2.78102mJ2.23102m第6章弯曲6-1试列出各梁的的剪力和弯矩方程，并作剪力图和弯矩图，求出ax和屈IaX(a)F=qlqHAII一/B（1）列剪力方程和弯矩方程（2）作剪力图和弯矩图F&A-qi-q (0x)M(X) = -CPd-C (O xJ)(c)（1）求支反力（2）列剪力方程和弯矩方程G(X)=O (OVXVa)由平衡方程Ma=0,M(X) = Fa (0 xa)2Fa-M-Fa
9、=0,求得Mx=Fa/C、止毋T-U%IlnTI*XG匚火1FJIMFanTrG(X)=-F(aXV2a)(x)=MI-F(X一4)(ax2a)qMe=ql2*/IIIIIIIAI一I；IB(1)求支反力由平衡方程F=0 ,Ma=0Me 1 = 012% = q M=(2)列剪力方程和普矩方(3)作剪力图和弯矩图FS(X)=q/ - qx (0 x /)(1)求支反力由平衡方程ZF=O,ma=o乃+与-争。%I8243ql9ql=卜R=88(2)列剪力方程和弯矩方程FS(X)=芈一qx(OVXV/)OM(X)=竿考(0x)(3)作剪力图和弯矩图-MqFs(x)=-q(.5l-x)(x)(31V
10、q2x3/M(X)=-)(x-)M (X)=,故满足要求。采用水压试验，试验压力为R=1.25Pg=1.252.5-=3.125MPat170压力试验时的薄膜应力173.97MPa_Pr(Di+4)_3.125x(1600+14.5)2e-214.5Q345R钢材的屈服应力为345MPa水压试验的许用应力为：0.9s=0.90.85345=263.9MPar=173.9MPa所以满足水压试验要求第H章外压容器及封头的设计11-2有一台聚乙烯聚合釜，其外径为Do=158Omm,高L=7060mm（切线间长度），有效厚度5产IlmnI,材质为OCrI8Ni9Ti,试确定釜体的最大允许外压力。（设计
11、温度为200）【解】查表得Et=L84XIO5MPa% = l17o=22155mm Se1.295(一)25(11,+5JD0VL,crLVL.该聚合釜属于短圆筒A)2-5其临界压力Pcr=2.59E,DOL=M2MPa取m=3,P=Pcrm=0.423=0.14MPa聚合釜的最大允许外压力为0.14MPa11-4试设计一台氨合成塔内筒的厚度，已知内筒外径为Do=41Omm,筒长LMOOOmm,材质为OCrI8Ni9Ti,内筒壁温最高可达450C,合成塔内系统的总压力降为0.5MPa。【解】已知DMlOmm,LMOOOmm,Et=I.64IO5MPa,计算外压Pc=O.5MPa（1）假设塔内
12、筒名义厚度bn=8mm,取壁厚附加量C=2mme=n-C=8-2=6mmLDo=9.76De=68.3（2）求A值查图5-5得A=0.0026（3）求B值查图5-12得B=88MPaPC=O.5MPa,PcVVP,说明假设的Sn=8mrn偏大。(1)重新假设n=6mme=n-C=6-2=4mmLDo=9.76DoSe=lO2.5(2)求A值查图11-5得A=0.0014(3)求B值查图11-7得B=78MPaP =DOISe 102.5=0.76MPaPc=O.5MPa,PcP，不设置加强圈会被抽瘪(4)设置加强圈所需加强圈最大间距1.5=0.86Ez-(2,5=0.86x195103-x()25=404.5三z5PcDo0.1808加强圈个数：=/一1二黑之一1=27(个)取整，n=3需设三个加强圈(5)验算设三个加强圈，则：Lc=L4=15004=375mmLDo=O.464DSe=404查图11-5得A=O.00035,查图11-7,得B=45MPaB45Pl=0.11MPaDNSe404因为PcVP,且十分接近，故至少需设三个加强圈。
