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1、?化工设备机械根底?习题解答第一章 化工设备材料及其选择一. 名词解释A组：1.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。2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。3.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。4.硬度：金属材料外表上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入外表发生变形或破裂的能力。5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。6.泊桑比：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长
2、之比。对于钢材，=0.3 。7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀发生化学和电化学作用引起的破坏的抵抗能力。8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能到达的最大应力值。B组：1.镇静钢： 镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。把FeO中的氧复原出来，生成SiO2和Al2O3。钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂
3、Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反响，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为参加的。7.铸铁：含碳量大于2%的铁碳合金。8.铁素体：碳溶解在-Fe中所形成的固溶体叫铁素体。9.奥氏体：碳溶解在-Fe中所形
4、成的固溶体叫奥氏体。10.马氏体：钢和铁从高温奥氏体状态急冷下来，得到一种碳原子在铁中过饱和的固溶体。C.1.热处理：钢铁在固态下通过加热,保温和不同的冷却方式，以改变其组织、满足所需要的物理,化学与机械性能，这样的加工工艺称为热处理。2.正火：将加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间后的工件从炉中取出置于空气中冷却下来，冷却速度比退火快，因而晶粒细化。3.退火：把工件加热到临界点以上的一定温度，保温一段时间，然后随炉一起冷却下来，得到接近平衡状态组织的热处理方法。4.淬火：将钢加热至淬火温度临界点以3050oC并保温一定时间，然后再淬火剂中冷却以得到马氏体组织的一种热处理工艺。淬火可以增加
5、工件的硬度、强度和耐磨性。5.回火：在零件淬火后再进行一次较低温度的加热与冷却处理工艺。回火可以降低和消除工件淬火后的内应力，使组织趋于稳定，并获得技术上所要求的性能。 6.调质：淬火加高温回火的操作。要求零件的强度、韧性、塑性等机械性能都较好时，一般采用调质处理。7.普通碳素钢：这种钢含硫,磷等有害杂质较多，要求S0.055%，P0.045%。普通碳素结构钢的牌号由代表钢材屈服点的字母、屈服点数值、材料质量等级符号、脱氧方法符号等四个局部按顺序组成，例如： Q235AF。8.优质碳素钢：含硫,磷等较少含硫S、磷P均0.04%，非金属杂质少，组织均匀，外表质量较好。9.不锈钢和不锈耐酸钢：不锈
6、钢是耐大气腐蚀的钢；耐酸钢是能抵抗强烈腐蚀性介质的钢。不锈耐酸钢是不锈钢和耐酸钢的总称。10.锅炉钢：有锅炉钢管和锅炉钢板。锅炉钢管主要用作锅炉及某些换热设备的受热面和蒸汽管路，锅炉钢板那么常用于锅炉和其他压力容器的承压壳体。由于锅炉钢常处于中温高压状态，而且还受冲击、疲劳、水和蒸汽的腐蚀作用，以及各种冷热加工，因此，对其性能要求也较高。D.1.容器钢：化工生产所用容器与设备的操作条件较复杂，制造技术要求比拟严格，对压力容器用钢板有比拟严格的要求。2.耐热钢：能耐高温的钢，抗氧化性能强且强度大。3.低温用钢：由于普通碳钢在低温下-20以下会变脆，冲击韧性会显著下降。因此用作低温场合的钢要求具有
7、良好的韧性包括低温韧性，良好的加工工艺性和可焊性的钢。4.腐蚀速度：评定金属的腐蚀有两种方法。1 根据重量评定金属的腐蚀的速度。它是通过实验的方法测出金属试件在单位外表积、单位时间腐蚀引起的重量变化。即：K=p0-p1Ft2g/mh 2K：腐蚀速度，g/cmh；p0：腐蚀前试件的重量，g；p1：腐蚀后试件的重量，g；F： 试件与腐蚀介质接触的面积，m；t ： 腐蚀作用的时间， h；2 根据金属的腐蚀深度评定金属的腐蚀速度。根据重量变化表示腐蚀速度时，没有考虑金属的相对密度，因此当重量损失相同时，相对密度不同的金属其截面的尺寸的减少那么不同。为了表示腐蚀前后尺寸的变化，常用金属厚度减少量，即腐蚀
8、深度来表示腐蚀速度。即：K=24365K1000r=8.76K2ar mm/a式中：Ka：用每年金属厚度的减少量表示的腐蚀速度，mm/a；：金属的相对密度，g/cm。5.化学腐蚀：金属遇到枯燥的气体和非电解质溶液发生化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀在金属外表上，腐蚀过程没有电流产生。6.电化学腐蚀：金属与电解质溶液间产生电化学作用而引起的破坏，其特点是在腐蚀过程中有电流产生。7.氢腐蚀：氢气在高温高压下对普通碳钢及低合金钢产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性显著下降，甚至破坏的现象。8.晶间腐蚀：一种局部的,选择性的破坏。9.应力腐蚀：金属在腐蚀性介质和拉应力的共同作用下产生的一种破坏形式。10.阴极
9、保护：把盛有电解质的金属设备和直流电源负极相连，电源正极和一辅助阳极相连。当电路接通后，电源便给金属设备以阴极电流，使金属的电极电位向负向移动，当电位降至阳极起始电位时，金属设备的腐蚀即停止。二. 指出以下钢材的种类、含碳量及合金元素含量组 3B组： 三、选择材料 第二章容器设计的根本知识一.、指出以下压力容器温度与压力分级范围二、 指出以下容器属于一、二、三类容器的哪一类A组： B组： 三、 填空题 1、钢板卷制的筒体和成型封头的公称直径是指它们的 经线：假设通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线。薄膜理论：薄膜应力是只有拉压正应力没有弯曲正应力的一种两向应力状态，也称为无力矩理论。
10、第一曲率半径：中间面上任一点M处经线的曲率半径。 小位移假设：壳体受力以后，各点位移都远小于壁厚。 区域平衡方程式：计算回转壳体在任意纬线上径向应力的公式。 边缘应力： 4 横截面为圆的椭球壳。 5 横截面为半圆的柱壳。 6 横截面为圆的锥形壳。 2. 在承受q4. 因为内压薄壁圆筒的两向应力与壁厚成反比，当材质与介质压力一定时，那么壁厚大的容器，壁内的应力总是三、 指出和计算以下回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 A组：图 3-29 1、 球壳上任一点 R1=R2=R 图图 3-312、圆锥壳上之M点 R1= R3、碟形壳上之连接点A与B A 点： 在球壳上：A(C):在弧面上：A(B):B
11、 点： 在弧面上：B(A):2=m2cosa R1=R2=R =R R11=r, R12R=r, R112=r =r在圆柱壳上：B(B):R=, R2 2. 圆锥壳与柱壳的连接点A及锥顶点BA(B):R1=,R2=RcosaB(柱):R1=,R=02=R B:R1=,R2=63MP s4S48mRm1+Rq2=PSsq=PD4S=63MP2. 圆锥壳上之A点和B点，：p=0.5Mpa，D=1010mm，S=10mm，a=30o。 A点:R1=,R=2=D2cosa =14.58MP sm=PD4Scosaq20.510104100.866Rm1+R=PSsq=PD2Scosa=0.510102
12、100.866=0 =29.16MP B点:R1=,R2sam=sq=0 3. 椭球壳上之A，B，C点，：p=1Mpa，a=1010mm，b=505mm，S=20mm。B点处坐标x=600mm。 b=1010505=2 标准椭圆形封头 A点x=0,y=b):R1=b2,R2=2b=50.5MP s B点： s=m=sq=PaS=1101020P2sbma4-x2(a-2b2)=43.3MPasq=P2sba4-x(a22-b2a)2-4=27.7MPa 222a-x(a-b)4C点(x=a,y=0):sm=Pa2SS=11010220=-20=25.25MPa =-50.5MPa s五、 工程
13、应用题 q=-Pa110101. 某厂生产的锅炉汽包，其工作压力为2.5Mpa，汽包圆筒的平均直径为816 mm，壁厚为16 mm，试求汽包圆筒壁被的薄膜应力sSD16816m和sq。 【解】 P=2.5Mpa D=816mm S=16mm =0.01960.1 属薄壁容器ssm=PD4SPD2S=2.58164162.5816216=31.875MPa =63.75MPa m=2. 有一平均直径为10020 mm的球形容器，其工作压力为0.6Mpa，厚度为20 mm，试求该球形容器壁 D=10020mm S=20mmSD=2010020=0.0019960.1 属薄壁容器sm=sq=PD4S
14、=0.610020420=75.15MPa3. 有一承受气体 D=2030mm S=30mmSD=302030=0.01480.1 属薄壁容器 2，2，2.5时，计算封头上薄膜应力的sm和sq的最大值并确定其所在的 sm=PD4S=22030430=50.75MP =PD2S=22030230=101.5MP 最大工作应力： 2椭球： ab(ssq=2 时 在x=0，y=b,顶点处有最大值 m=s)=maxqPa2S(ab)=310152302=71.78MP (sab=2 时，在x=0,y=b处顶点处 m=s)=maxqPa2S(ab)=310152230=101.5MP 在x=a,y=0点边缘处(sq)max=-Pa2S(ab)=-310152230=-101.5MP
