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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)=Fx T FX(0x3-)F , 5(-)(I - a F / + a Y、/1 a 1 + ci、)(x)22x)6-5当力F直接作用在梁AB中点时，梁内最大应力超过许用应力30%,为了消除此过载现象，配置了如图所示的辅助梁CD,试求此辅助梁的跨度a,已知Il=6m.(1)当F作用在AB梁的中点时F=Fb=O.5F(2)当F作用在CD梁的中点时Fc=Fp=O.5F./F(l-a),1Mmax=4Jax=J从而有?=T3F(-)44解得a=1.38m6-8简支梁如图所示。已知q=9,SkNAnl=4m,q=9.8kNm,。=100MPa,E=206G
11、Pa,若许用挠度y=lIOoO,截面为工字钢,AL试选定工字钢的型号，并对自重影响进行校核。（1）求工字钢的抗弯截面系数三xq2MmaX_8b9.810348100106=196cm3求工字钢的惯性矩IZ查表4-35384/7n/=%L3964.4m384查表4-2可知，同时满足以上两个条件的工字钢型号为25a,其抗弯截面系数为W7=402c25a工字钢的理论重量为38.105kgm,考虑自重时，作用在B梁上的均布载荷为=9.8+38.1059.8103=10.174kNm校核应力和挠度max.10.174x42WzWZ8402106=50.61MPa%ax5ql510.17410544384
12、E3842061095020l08=3.279103mM=-1.1000第7章应力状态分析、强度理论和组合变形7-4有一斜梁AB,如图所示，其横截面为正方形，边长为Iooninl,若F=3Kn,试求最大拉应力和最大压应力。建立x-y坐标轴，如图所示，将力F分解FCX=Fcosa=2.4KN作轴力图和方矩图由FCX引起的压应力为Fcv=Fsina=1.8KN,Fcx2.4IO3r=；=0.24MPaCA0.12由Ry引起的拉、压应力为：= 6.75MPa,I=+.二+09X1OX125W0.13故最大压应力为:/HP=0.24+6.75=6.99MPa最大的拉应力为:, - 6.75MPa第9章内压薄壁容器设计基础9-3试用图9-1(a)、(b)中所注尺寸符号写出各回转壳体中A和A点的第一曲率半径和第二曲率半径以及平行圆半径。解：(a)A点：R1=r,R9=r+1乙r2sin。DDR=1-rsin2A点：R1=R2(b)A点:R1=8,_Xtana尺2二XSmaCOSaCOS2。,R=XtancrA点2cos09-7有一立式圆筒形储油罐，如图所示，罐体中径D=5000mm,厚度=IOmm
