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1、思考题参考答案第1章 压力容器导言思考题1.1我国压力容器安全技术监察规程根据整体危害水平对压力容器进行分类。压力容器破裂爆炸时产生的危害愈大，对压力容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也愈高。设计压力容器时，依据化学介质的最高容许浓度，我国将化学介质分为极度危害（级）、高度危害（级）、中度危害（级）、轻度危害（级）等四个级别。介质毒性程度愈高，压力容器爆炸或泄漏所造成的危害愈严重。压力容器盛装的易燃介质主要指易燃气体或液化气体，盛装易燃介质的压力容器发生泄漏或爆炸时，往往会引起火灾或二次爆炸，造成更为严重的财产损失和人员伤亡。因此，品种相同、压力与乘积大小相等的压力容器，其盛装介质的易燃
2、特性和毒性程度愈高，则其潜在的危害也愈大，相应地，对其设计、制造、使用和管理也提出了更加严格的要求。例如，Q235-B钢板不得用于制造毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器；盛装毒性程度为极度或高度危害介质的压力容器制造时，碳素钢和低合金板应逐张进行超声检测，整体必须进行焊后热处理，容器上的A、B类焊接接头还应进行100射线或超声检测，且液压试验合格后还应进行气密性试验。而制造毒性程度为中度或轻度的容器，其要求要低得多。又如，易燃介质压力容器的所有焊缝均应采用全熔透结构思考题1.2筒体：压力容器用以储存物料或完成化学反应所需要的主要压力空间，是压力容器的最主要的受压元件之一；封头：有效保证密封
3、，节省材料和减少加工制造的工作量；密封装置：密封装置的可靠性很大程度上决定了压力容器能否正常、安全地运行；开孔与接管：在压力容器的筒体或者封头上开设各种大小的孔或者安装接管，以及安装压力表、液面计、安全阀、测温仪等接管开孔，是为了工艺要求和检修的需要。支座：压力容器靠支座支承并固定在基础上。安全附件：保证压力容器的安全使用和工艺过程的正常进行。思考题1.3压力容器安全技术监察规程依据整体危害水平对压力容器进行分类，若压力容器发生事故时的危害性越高，则需要进行安全技术监督和管理的力度越大，对容器的设计、制造、检验、使用和管理的要求也越高。压力容器所蓄能量与其内部介质压力和介质体积密切相关：体积越
4、大，压力越高，则储藏的能量越大，发生破裂爆炸时产生危害也越大。因此，压力容器安全技术监察规程在确定压力容器类别时，不仅要根据压力的高低，还要视压力与容积的乘积pV大小进行分类。思考题1.4压力容器安全技术监察规程与GB150适用范围的相异之处见下表：项 目压力容器安全技术监察规程GB150压 力最高工作压力Pw 0.1MPa，且Pw 100MPa设计压力Pd 0.1MPa，或真空度0.02MPa；且Pd 35MPa温 度未作规定Td ： 196材料蠕变温度几何尺寸内径Di0.15m，容积V0.025m3内径Di0.15m介 质气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体未作规定是否适用于
5、需作疲劳分析的容器适用不适用材 料钢，铸铁和有色金属钢容器安装方式固定式，移动式固定式思考题1.5GB150：钢制压力容器中国第一部压力容器国家标准，适用于压力不大于35Mpa的钢制压力容器的设计，制造，检验和验收。设计温度根据钢材允许的温度确定。以弹性失效和失稳失效为设计准则。只是用于固定的承受载荷的压力容器JB4732：钢制压力容器分析设计准则是分析设计准则，适用压力低于100Mpa。设计温度以钢材儒变控制设计应力的相应温度。采用塑性失效，失稳失效，疲劳失效为设计准则。JB/T4735：钢制焊接常压容器属于常规设计准则。适用压力-0.02Mpa0.1Mpa的低压容器。不适用于盛装高度毒性或
6、极度危害介质的容器。采用弹性失效和失稳失效准则思考题1.6安全可靠满足过程要求综合经济性好易于操作、维护和控制优良的环境性能(具体内容参照课本绪论)思考题1.7理论上应力集中的地方，是假设材料在弹性区域内计算出来的，而压力容器破坏时材料已经处于塑性区域，不再满足弹性理论的条件，而应力按照塑性规律重新分布，此时应力最大的地方已经不再是连接处的地方。所以首先破坏不在离连接处而是处于封头与筒体连接处一段距离的地方。第2章 压力容器应力分析思考题2.11.在内压作用下，这些壳体将产生应力和变形，当此应力超过材料的屈服点，壳体将产生显著变形，直至断裂。2.壳体在承受均布外压作用时，壳壁中产生压缩薄膜应力
7、，其大小与受相等内压时的拉伸薄膜应力相同。但此时壳体有两种可能的失效形式：一种是因强度不足，发生压缩屈服失效；另一种是因刚度不足，发生失稳破坏。思考题2.2对于给定外直径Do和壳壁厚度t的圆柱壳，波纹数和临界压力主要决定于，圆柱壳端部边缘或周向上约束形式和这些约束处之间的距离，即临界压力与圆柱壳端部约束之间距离和圆柱壳上两个刚性元件之间距离L有关。临界压力还随着壳体材料的弹性模量E、泊松比的增大而增加。非弹性失稳的临界压力，还与材料的屈服点有关。弹性失稳的临界压力与材料强度无关，故采用高强度材料不能提高圆柱壳弹性失稳的临界压力。思考题2.4对于承受周向外压的圆筒，短圆筒的临界压力比长圆筒的高，
8、且短圆筒的临界压力与其长度成反比。故可通过设置合适间距的加强圈，使加强圈和筒体一起承受外压载荷，并使长圆筒变为短圆筒（加强圈之间或加强圈与筒体封头的间距L2的短圆筒的界限，此特性尺寸称为临界长度，以Lcr表示。当圆筒的计算长度LLcr时属长圆筒；当LLcr时属短圆筒。如圆筒的计算长度L=Lcr时，上述两式相等即得思考题2.6受轴对称均布载荷薄圆板的应力有以下特点板内为二向应力、。平行于中面各层相互之间的正应力及剪力引起的切应力均可予以忽略。正应力、沿板厚度呈直线分布，在板的上下表面有最大值，是纯弯曲应力。应力沿半径的分布与周边支承方式有关，工程实际中的圆板周边支承是介于两者之间的形式。 薄板结
9、构的最大弯曲应力与成正比，而薄壳的最大拉（压）应力与成正比，故在相同条件下，薄板的承载能力低于薄壳的承载能力。思考题2.71.挠度周边固支和周边简支圆平板的最大挠度都在板中心。周边固支时，最大挠度为周边简支时，最大挠度为 二者之比为对于钢材，将代入上式得 这表明，周边简支板的最大挠度远大于周边固支板的挠度。 2.应力 周边固支圆平板中的最大正应力为支承处的径向应力，其值为 周边简支圆平板中的最大正应力为板中心处的径向应力，其值为 二者的比值为对于钢材，将代入上式得这表明周边简支板的最大正应力大于周边固支板的应力。思考题2.10内加热情况下内壁应力叠加后得到改善，而外壁应力有所恶化。外加热时则相
10、反，内壁应力恶化，而外壁应力得到很大改善。（综合应力沿厚壁圆筒分布见课本2.3厚壁圆筒应力分析）首先屈服点需要通过具体计算得出，可能是任意壁厚上的点。思考题2.11微元体的平衡方程是从力的平衡角度列出的，不涉及材料的性质参数（如弹性模量，泊松比），不涉及应力与应变的关系，故在弹塑性应力分析中仍然适用。思考题2.12成立。思考题2.13不相同。采用多层圆筒结构，使内层材料受到压缩预应力作用，而外层材料处于拉伸状态。当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按Lam（拉美）公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成。内壁处的总应力有所下降，外壁处的总应力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布。从而提高
11、圆筒的初始屈服压力，也提高了爆破压力。思考题2.14通过压缩预应力，使内层材料受到压缩而外层材料受到拉伸。当厚壁圆筒承受工作压力时，筒壁内的应力分布由按拉美公式确定的弹性应力和残余应力叠加而成，内壁处的总应力有所下降，外壁处的总压力有所上升，均化沿筒壁厚度方向的应力分布，从而提高圆筒的初始屈服压力。思考题2.15壳体的厚度、曲率及载荷连续，没有突变，构成壳体的材料的物理性能相同。壳体的厚度发生突变处，曲率突变及开孔处和垂直于壳面的集中载荷作用区域附近，无力矩理论是不适用的。壳体的边界处不受法向力和力矩作用。壳体的边界处约束的支承反力必须作用在经线的切线方向，边界处的变形，转角与挠度不受到限制。
12、思考题2.16不能。材料在承受内外压的同时与单独承受时，材料内部的力学形变与应力是不一样的。例如，筒体在承受相同大小的内外压时，内外压差为零，此时筒壁应力不等于零。思考题2.17热应力是由温度变化引起的自由膨胀或收缩受到约束所引起的。要减少热应力从两个方面考虑：1、减少温度变化；2、减少约束。要严格控制热壁设备的加热、冷却速度。必要是要采取保温层措施来减少温度变化。工程上应尽量避免外部对热变性的约束、设置膨胀节（或柔性元件），同样容器得形状也对约束有关系，球形由于其关于球心完全对称，其膨胀受到容器本身的约束就小的多了。但由于球形加工的难度，工程上应尽量采用椭球形。思考题2.18圆筒的形状缺陷主
13、要有不圆和局部区域中的折皱、鼓胀或凹陷，在内压作用下，圆筒有消除不圆度的趋势，这些缺陷，对内压圆筒强度的影响不大；对于外压圆筒，在缺陷处会产生附加的弯曲应力，使得圆筒中的压缩应力增大，临界压力降低，因此形状缺陷对外压圆筒的影响较大。思考题2.19(1)应力集中系数法:a.应力集中系数曲线b.应力指数法(2)数值计算;(3)应力测试思考题2.20除受到介质压力作用外，过程设备还承受通过接管或其它附件传递来的局部载荷，如设备的自重、物料的重量、管道及附件的重量、支座的约束反力、温度变化引起的载荷等。这些载荷通常仅对附件与设备相连的局部区域产生影响。此外，在压力作用下，压力容器材料或结构不连续处，如截面尺寸、几何形状突变的区域、两种不同材料的连接处等，也会在局部区域产生附加应力。思考题2.22由于壳体的总体结构不连续，组合壳在连接处附近的局部区域出现衰减很快的的应力增大现象，称为“不连续效应”。不连续应力具有局部性和自限性两种特性。思考题2.23（应力分布特征见课本2.3厚壁圆筒应力分析）由单层厚壁圆筒的应力分析
