化工设备机械基础试题含答案

一、填空题（共4小题，每空1分，共计10分）

1．已知杆件作用力如图示，F1=8kN，F2=20kN，

F3=8kN，F4=4kN，则AC段轴力为 8 kN，CD段轴力为，DB段轴力为。

2．提高梁抗弯强度的主要措施有（1） 合理安排梁的受力情况；（2） 选用合理截面 ；（3） 采

用变截面梁 。

3．长圆筒失稳后出现

4．开孔补强的设计原则是 等面积补强法 的设计原则和 塑性失效补强 的设计原则。

二、选择题（共10小题，每题2分，共计20分）

1．左端固定的圆截面直杆受扭转力偶作用，如图1所示，杆中的最大扭矩|Tmax|为（ B ）kNm。 A．6 B． 7 C．8 D．9 2．简支梁受集中力作用，如图2所示，以下结论中（ C ）是错误的。 A．AC段，剪力表达式为 Qx

Fb

Ｂ．AC段,弯矩表达式为M(x)Fbx； LL

Ｃ．CB段，剪力表达式为 QxFa Ｄ．CB段,弯矩表达式为M(x)Fa(Lx)

LL

题1图

题2图

3．铸铁拉伸试验破坏由什么应力造成？破坏断面在什么方向？以下结论哪一个是正确的？（ D ）

º

A．切应力造成，破坏断面在与轴线夹角45方向； B．切应力造成，破坏断面在横截面； C．正应力造成，破坏断面在与轴线夹角45方向； D．正应力造成，破坏断面在横截面。

4．工作压力为10Mpa，容积为2m3的乙烯贮罐属于（ C ）。

A．Ⅰ类容器 B．Ⅱ类容器 C．Ⅲ类容器 D．不上类 5．最终在图纸上标注的厚度为（ A ）。

A．名义厚度 B．计算厚度 C．设计厚度 D．毛坯厚度 6．目前国内外广泛采用的中低压容器封头是（ D ）。

A．锥形 B．蝶形 C．半球形 D．椭圆形 7．对于存储有毒介质的法兰密封面型式，一般不选用（ A ）。 A．平面型 B．凹凸面型 C．榫槽面型

8．对于薄壁圆筒内压容器来说，理论上筒壁上环向压力是经向压力的（ C ）倍。 A．1/2 B．1 C．2 D．4 9．下列不属于工程上常采用的开孔补强结构的是（ B ）。

A．补强圈补强 B．多层包扎补强 C．厚壁管补强 D．整体锻件补强

º

10．压力容器标准法兰不包括（ D ）。

A．甲型平焊法兰 B．乙型平焊法兰 C．长颈对焊法兰 D．短颈对焊法兰

三、是非题（共10小题，每题1分，共计10分）

1．若要构件在外力作用下能够安全可靠地进行工作，则构件需要满足强度条件、刚度条件和稳定性

条件。（√） 2．胡克定律指出在拉伸和压缩过程中，应力和应变成正比关系。（√） 3．应力集中因数反应的是应力集中的程度。（√）

4．因为从受力分析角度来说，半球形封头最好，所以不论在任何情况下，都必须首先考虑采用半球

形封头。（×） 5．圆筒形容器上开椭圆孔时，为降低开孔边缘的应力集中程度，应使椭圆的长轴椭圆孔之长轴平行

于筒体轴线。（×）

6．介质与压力一定，壁厚越大，薄膜应力就越小。（×） 7．容器法兰与管法兰的PN、DN相同时可以相互代用。（×） 8．外压和真空容器不应以内压进行压力试验。（×）

9．压力容器孔边应力集中的程度与孔径大小、器壁厚度及容器直径等因素有关。（√） 10．轮齿折断是轮齿失效的主要形式之一。（√）

四、分析、计算题（共60分）

1．图示结构，分别画出受力图分析AB、BC杆的受力。（6分）

（3分） （3分）

2．变截面直杆受力如图，已知A1=400mm2，A2=300mm2，[]=100Mpa，试校核杆件的强度。（7分） 解：（1）画轴力图（2分） （2）求最大应力

AB

FNAB35103

87.5MPa（1分）

A1400

BC

CD

FNBC2710367.5MPaA1400（1分）

FNCD2710390MPa（1分）

A2300

maxCD90MPa

（3）强度校核

max90MPa

强度满足。（2分）

3．图示传动轴，A轮输入功率PA=50kW，B、C轮输出功率PB=30kW，PC=20kW，轴的转速n=300r/min。

1）画轴的扭矩图，并求Tmax。2）若将轮A置于B、C轮之间，哪种布置较合理？（8分）

解：（1）计算外力偶矩

50

1592Nm（1分） 30030

MB9549955Nm（1分）

300MA9549

20

637Nm300（1分）

MC9549

画传动轴的扭矩图（1分）

得：| Tmax|1=1592kN·m（1分）

（2）将轮A置于B、C轮之间,画扭矩图（1分）

得：| Tmax|2 = 955kN·m

4．图示外伸梁，F=500N，a=0.4m,材料的 []=120MPa。试画出弯矩图，并按弯曲正应力强度准则设计圆截面直径d。（7分） 解：（1）画梁的弯矩图求最大弯矩（3分）

MmaxFa（1分）

（2）强度计算

由正应力强度准则

max

MmaxMmax

[]3

Wz0.1d（2分）

d25.5mm

（1分）

所以，梁的直径取d=26mm。

5．图示为一厂房的牛腿柱，设由房顶传来的压力P1=100KN，由吊车梁传来压力P2=30KN，已知e=0.2m，b=0.18m，问截面边h为多少时，截面不出现拉应力。并求出这时的最大压应力。（7分） 解：（1）求内力：

M=P2 e=6KN.m （1分）

N=P1+P2=100+30=130KN（1分） （2）求应力：



max

PM1301036106

0（2分） 2

AWz0.18h0.18h/6

∴ h=276.9mm，取h=280mm（1分）





max

PM13010361065.13MPa（2分） 2

AWz0.180.280.180.28/6

6．有一圆筒形乙烯罐，内径Di=1600mm，壁厚δn=16mm，计算压力为pc=2.5MPa，工作温度为-3.5℃，材质为Q345R，采用双面焊对接接头，该材料常温和设计温度下的许用应力为170Mpa

，常温屈服强

度为345Mpa，厚度附加量C=3mm，试校核贮罐强度。（6分）

解（1）确定参数：Di =1600mm；δn =16mm；tw=-3.5℃；pc=2.5MPa；φ=0.85（双面焊对接接头, 局部探伤）

Q345R： 常温下的许用应力：[] = 170 MPa 设计温度下的许用应力：[]t = 170 MPa

常温度下的屈服点：s = 345 MPa

有效壁厚：δe = δn－C = 16－3 = 13 mm （参数确定总计2分） （2）强度校核

最大允许工作压力[Pw ]

2 []t e21700.8513[pw] 2.33 MPa（2分）

Die160013∵ Pc＞[Pw ] ∴ 该贮罐强度不足（2分）

7．某化工厂反应釜，内直径1400mm，设计温度170℃、工作压力1.5MPa，釜体上装有安全阀，其

开启压力1.6 MPa。釜体材料0Cr18Ni10Ti钢板，双面对接焊、全部无损检测，厚度负偏差0.8mm，腐蚀裕量0，该材料常温许用应力为137Mpa，设计温度下的许用应力为134.2Mpa。试确定反应釜筒体和该反应釜标准椭圆形封头的厚度。（12分） 解：（1）设计参数确定

设计压力p=1.6 MPa (取安全阀的开启压力)，计算压力pc= p=1.6 MPa (题中未给出确定液拄静压力的条件，故取其为零)；（2分）

0Cr18Ni10Ti钢在20℃时、[σ]=137 MPa，在170℃时、[σ]=134.2 MPa；厚度附加量C=C1+C2=0.8mm （1分）

焊接接头系数1.0（对接双面焊、全部无损检测）；（1分） （2）筒体厚度确定

t



pcDi1.61400

8.4mmt

2[]pc2134.21.01.6；（2分）

8.4+0.8=9.2mm，按钢板厚度规格向上圆整得名义厚度（3）封头厚度确定

采用标准椭圆形封头，计算厚度为：

n10mm （1分）



KpcDi1.001.61400

8.37mm

2[]t0.5pc2134.21.00.51.6（2分）

C2C18.3700.89.17mm，按钢板厚度规格向上圆整得n10mm。（1分）

有效厚度

enC100.89.2mm（1分）

0.15%Di

100

14002.1mm

；

9.2mm＞2.1mm，满足标准椭圆封头有效厚度不得小于其内直径0.15%的要求。（1分） 8．如图，是一个原料混合罐，介质为醋酸甲酯、甲醇、醋酸、苯，设备总重为2540Kg，充水重10480kg，设备总长约4930，筒体长度4000，公称直径1500筒体材料022Cr17Ni12Mo2，若选择BⅠ带垫板鞍式支座是否合适（该鞍座最大允许载荷272kN），如果合适正确标记出此对鞍式支座，并设计位置。（7分）

解：

（1）根据设备公称直径1500mm，及实际承载能力约100KN，确定选择重型BⅠ、包角为120°带垫板的鞍式支座合适，Q远小于[Q]；（2分）

（2）鞍座标记为

JB/4712.1-2007 鞍座 BⅠ1500-F（1分）

JB/4712.1-2007 鞍座 BⅠ1500-F（1分）

鞍座材料栏标记为：Q235-B/022Cr17Ni12Mo2。其中鞍座材料Q235-B，垫板材料022Cr17Ni12Mo2；（1分）

（3）鞍座的距离（A0.2L且尽可能使A≤0.5Ri）可得最好A≤750，可取500；（2分）