《过程装备基础》试题库总汇

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绪 论

第一种模式 （一）填空题 （1）A类难度

1． 过程工业是涉及物质 转化过程 的工业部门的总称。

2． 过程工业处理的物料是以 气体 、 液体 、 粉粒体 等形态为主的材料。 3． 工业设备种类繁多，按其构件运动情况可分为动设备和静设备两类。

4 过程装备中，常见的设备种类有 塔类 、 炉类 、 釜类 、 机类 、 泵类 、 储罐类和各种换热设备。

5． 随着过程工业的发展，过程装备也不断向 装置大型化 、 结构复杂化 、性能高级化 和 技术综合化 的方向发展。 第二种模式

（一）简要回答下列问题：

1． 何谓过程工业？它是处理什么类型物料的产业？

要点：过程工业是涉及物质转化过程的工业部门的总称，它是加工制造流程型物料的产业。 2． 什么叫做过程装备？

要点：过程装备主要是指过程工业生产工艺过程中所涉及的典型装置和设备，是实现过程工业生产的硬件设施。

3． 过程装备的基本要求是什么？

要点：过程装备的基本要求是：（1）安全可靠；（2）满足生产过程的要求；（3）综合经济性好；（4）优良的环境性能。

第1章

第一种模式

（一）填空题 （1）A类难度

1． 二力杆是指杆两端两个力沿此二力作用点的连线作用构件 。 2． 对所研究物体的位移起限制作用的周围物体 称为约束。 3． 约束作用于被约束物体的力称为约束反力。

4． 光滑面约束产生的约束反力的方向沿接触面的公法线并指向被约束物体。 5． 两个力偶矩的值和转动方向完全相同，则称这两个力偶为 等效力偶。 6． 平面汇交力系是指物体上各力的作用线在同一平面内并且相交于一点的力。 7． 平面一般力系的平衡条件是力系的合力等于零。

1

8． 力偶是指两个大小相等、方向相反、作用线平行但不重合的力组成的力系。 9． 生产实践中遇到的构件，大致可分为三类：即： 杆件、平板、壳体 。 10． 柔性约束产生的约束反力的方向是使柔索被拉直的方向 。 （2）B类难度

1． 柔性约束的特点是只限制被约束物体使柔索被拉直方向的位移，其约束反力只能是拉力。 2． 固定铰链约束的特点是限制被约束物体的移动，不限制其转动。 3． 固定端约束的特点是 物体的移动和转动全部被限制。

4． 解除约束是指 把要研究的物体从约束它的其他物体中分离出来，其他物体对分离体的约束用约束反力来表示。

5． 刚体是指在任何情况下，其大小和形状始终保持不变的物体。 6． 力偶等效的条件是力偶矩彼此相等。

7． 力在坐标轴上的投影是指 从力F的始端Ａ和末端B分别向x轴作垂线，得垂足a和b，线段ab就是力F在x轴上的投影。 （二）判断题 （1）A类难度

1． 力偶与力矩一样都使物体产生转动，但力偶与矩心无关。（A）

A 正确 B 错误 2． 力偶可以用力来平衡。（B ）

A 正确 B 错误

3． 可动铰链的约束垂直向上指向被约束物体。（A ）

A 正确 B 错误

4． 固定端约束限制物体的移动不限制物体的转动（B ）

A 正确 B 错误

5． 力偶与力矩的作用是完全相同的（B ）

A 正确 B 错误

6． 光滑铰链约束与光滑面约束本质是一样的。（A）

A 正确 B 错误

7． 受力图是反映物体受约束反力的图（B）

A 正确 B 错误 （2）B类难度

1． 柔性物体的受力和二力杆的受力是完全一样的。（B）

A 正确 B 错误

2． 固定铰链的约束反力的方向是不确定的。（A）

A 正确 B 错误

2

3． 可动铰链的约束与光滑面本质是一样的。（A）

A 正确 B 错误

4． 固定端约束与铰链约束不同的是固定端约束限制物体的转动。（A）

A 正确 B 错误

5． 力在坐标轴上的投影是标量，只反映力的大小。（B）

A 正确 B 错误 第二种模式

（一）简要回答下列问题： 1． 二力杆须满足什么条件？

要点：杆两端作用的两个力沿此二力作用点的连线。 2． 什么叫约束？约束反力如何确定？

要点：对非自由体的位移起限制作用的周围物体称为约束。

约束作用于被约束物体的力称为约束反力，约束反力的方向总是与约束所阻碍的物体的运动或运动趋势的方向相反，约束反力的作用点就在约束与被约束物体的接触点。 3． 铰链约束和固定端约束的区别是什么？

要点：铰链约束只限制移动不限制转动，而固定端约束即限制移动又限制物体的转动。 4． 力偶与力矩是否一样？为什么？

要点：不一样。力矩是力对平面内某一点的矩，力偶的作用与位置无关。 5． 平面汇交力系的合成结果是什么？ 要点：可以合成为一个合力

6． 平面平行力系是否都可以合成为一个合力？

要点：平面平行力系不能合成为一个合力，因为平面平行力系是平面一般力系，合成后会产生力偶矩，不能合成为一个合力。

7． 什么是力偶？力偶能否合成为一个合力？力偶能否被一个单独的力来平衡？ 要点：两个大小相等、方向相反、作用线平行但不重合的力组成的力系，称为力偶。

力偶是一种特殊的力系，它不能合成为—个力，故在任何情况下都不能与一个力等效，也不能与一个力相平衡，力偶只能与力偶相平衡。力偶对物体只能产生转动效应，而没有移动效应。

8． 力矩和力偶矩有什么相同？有什么不同？ 要点：相同：力矩和力偶矩都会使物体产生转动效应，

不同：力矩是力对平面内某一点的矩，力偶的作用与位置无关。 9． 力偶具有什么性质？两个力偶等效的条件是什么？

要点：力偶具有如下两个重要性质：

（l）力偶可以在其作用平面内任意移转，而不改变它对刚体的作用效果。

3

（2）只要保持力偶矩不变，可以同时改变力偶中力的大小和力偶臂的长短而不改变力偶对刚体的作用效果。

力偶等效的条件是力偶矩彼此相等。 10． 平面力偶系的合成结果是什么？

要点：平面力偶系的合成结果是作用在平面内的一个合力偶。 12． 平面一般力系向平面内一点简化的结果是什么？

要点：可以得到一个原力系等效的平面汇交力系和平面力偶系。 （二）画图题

1． 画出BC杆件的受力图。

N

A

2． 以AB杆作为分离体并标出主动力和约束反力。

C N

A

B P N

第三种模式

A （一）计算题

1． 图示一管道支架ABC，A、B、C处均为理想的铰链约束。已知两管道的重量均为G=4.5kN，图中尺寸单位均为mm。试求管架中梁AB和杆BC所受的力。

4

解：

（1） 画受力图

G G

NAXNAY

（2）求解约束反力

NBC ?F?Fx?0 NAX?NBCcos45??0 （1） ?0 ?2G?NBCsin45??NAY?0 （2）

Ay?M NBC??0 ?400G?1120G?NBCsin45??112?00

400?4.5?1120?4.5?8.64(kN) ?sin45?1120? NAy?2G?NBCsin45?2.89(kN)

NAX??NBCcos45???8.64?2?6.11(kN)(与假设方向相反) 22． 某塔侧操作平台梁AB上，作用着分布力q=0.7kN/m.横梁AB及撑杆CD的尺寸如图所示，求撑杆CD所受的力。 解：

（1）取横梁ADB为研究对象，画出其受力图如下： NAX

NDC（2）求解约束反力

? F?0?N?Ncos30?0 （1） ?xAXCDNAY

?F

y?0 ?q(1?0.5)?NCDsin30??NAY?0 （2）

5

于是，其轴力图为：

N

3F 2F F ? x 第三种模式 （一）计算题

1． 图示钢杆，已知：杆的横截面面积等于100mm2，钢的弹性模量E=2×105MPa，F=10kN，Q=4kN，要求：

（1）计算钢杆各段内的应力、绝对变形和应变； （2）计算钢杆的总变形； （3）画出钢杆的轴力图。

解：（1）计算钢杆各段内的轴力、应力、绝对变形和应变

从左到右取3段，分别为1-1、2-2、3-3截面，则根据轴力的平衡，得

各段内的内力：（左）N1=F=10kN

（中）N2=F-Q=10-4=6kN （右）N3=F =10=10kN 各段内的应力：

1 1 2 2 3 3

N110?1036??100?10Pa?100MPa （左）?1??6A100?10N26?103??60?106Pa?60MPa （中）?2??6A100?10N310?1036??100?10Pa?100MPa （右）?3??6A100?10各段内的绝对变形：

N1L1(10?103)?0.2?3（左）?l1???0.1?10m?0.1mm 5?6EA(2?10)?(100?10)N2L2(6?103)?0.2 （中） ?l2???0.06?10?3m?0.06mm 5?6EA(2?10)?(100?10) 11

N3L3(10?103)?0.2?3（右）?l3???0.1?10m?0.1mm 5?6EA(2?10)?(100?10) 各段内的应变：

（左）?1??l10.1??5?10?4 L1200?l20.06??3?10?4 L2200?l30.1??5?10?4 L3200 （中）?2?（右）?3?（2）计算钢杆的总变形

?l??l1??l2??l3?0.1?0.06?0.1?0.26mm （3）画出钢杆的轴力图

钢杆的轴力图见下图。 N

10kN

6kN ? x

2． 试求图示阶梯钢杆各段内横截面上的应力，以及杆的总伸长。已知钢的弹性模量

E=2×105MPa，F=10kN，Q=2kN。

2

1

2 1

解：

（1）计算钢杆各段内的应力

从左到右取2段，分别为1-1、2-2截面，则各段内的轴力和应力分别为： 各段内轴力： N1=F=10kN

N2=F+Q=10+2=12kN

N110?1036 各段内应力： ?1? ??127.4?10Pa?127.4MPa?32A1??(10?10)4

12

N212?103 ?2???38.2?106Pa?38.2MPa ?32A2??(20?10)4（2）计算钢杆的总变形

NL各段内应力： ?l1?11?EA110?103?1000?3?0.637?10m?0.637mm ?32??(10?10)2?105?412?103?500?3?0.096?10m?0.096mm?32??(20?10)2?105?4NL?l2?11?EA1故钢杆的总变形 ?l??l1??l2?0.637mm ?0.096?0.7333． 图示三角形支架，杆AB及BC都是圆截面，AB杆直径d1=20mm，BC杆直径d2=40mm，两杆材料均为Q235钢。设重物的重量G=20kN，[σ]=160MPa。问此支架是否安全？ 解：

（1）取B点作为研究对象，画出其受力图如下：

B

（2）根据其力的平衡方程求未知力

?F?F于是

x?0 ?NAB?NBCcos30?0 ?0 ?G?NBCsin30??0

?y NBCG20?103???40kN sin30?sin30? NAB?NBCcos30??40cos30??34.64kN （3）计算各杆应力

?ABNAB34.64?103???110.3?106Pa?110.3MPa?[?] ?32AAB??(20?10)4NBC40?1036???31.8?10Pa?31.8MPa?[?] ABC??(40?10?3)2413

?BC

故构件AB和BC均安全。 6． 一根直径d=16mm，长L=3m的圆截面杆，承受轴向拉力P=30kN，其伸长为ΔL=2.2mm。试求此杆横截面上的应力与此材料的弹性模量E。已知此材料的比例极限σp=210MPa。 解：

（1）求材料的弹性模量E

由于?L?

NL，则 EANLE???LA(30?103)?36?203465?10Pa?203465MPa?203.5GPa?32??(16?10)(2.2?10?3)?4

（2）求材料的应力

?L2.2?10?3?203465??149.2MPa??P?210MPa ??E??EL3说明材料的应力仍小于比例极限，在弹性范围内。

7． 一根直径为d=10mm的圆截面杆，在轴向拉力P作用下，直径减小0.0025mm。已知材

料的弹性模量E=2×105MPa，泊松比μ=0.3，试求轴向拉力P。 解：

（1）求出纵向应变? ??? ???d0.0025??0.00025 d10??0.00025??8.33?10?4 ?0.3（2）求应力?

??E??2?10?8.33?10（3）求轴力N N?A??5?4?166.7MPa

??(10?10?3)24?(166.7?106)?13092N?13.1kN

（4）轴向拉力P=N=13.1kN

第3章

第一种模式 （一）填空题

（1）A类难度

1． 受剪构件的剪切强度条件是??Q?[?]。 A2． 这种在相互垂直的面上只有剪应力而无正应力作用的情况称为纯剪切。

14

3． 对于各向同性材料，该材料的E、G、μ三者之间存在着的关系为 G?4． 圆轴扭转时的强度条件是 τmax≤[τ] 。 5． 圆轴扭转时的刚度条件是 θmax ≤[θ] 。

E。

2(1??)6. 材料扭转受力形式的特点是在横截面上只作用有一个内力分量，即Mx=Tn，其余五个内力分量均为零。 （2）B类难度

1． 剪切的受力和变形特点是作用在构件两侧面上的外力等值、反向，作用线相距很近。相对错动变形发生于两作用力之间的交界面。

2. 扭转的受力和变形特点是在杆件的两端与杆轴线相垂直的平面内作用有两个大小相等，方向相反的外力偶矩，使杆件的各横截面绕轴线发生相对转动的变形。 （二）判断题 （1）A类难度

1． 挤压变形实际上是压缩变形。（A）

A 正确 B 错误

2． 在进行材料的剪切和挤压强度计算中，挤压计算面积Ajy与剪切面的面积A计算方法一样。（B）

A 正确 B 错误

3． 对于任何材料，材料的的许用挤压应力值与该材料的拉伸许用应力相等。（B）

A 正确 B 错误

4． 根据材料的剪切虎克定律，当剪应力不超过材料的剪切比例极限τp时，剪应力τ与剪应变γ成正比。（A）

A 正确 B 错误 （2）B类难度

1． 在计算构件剪切或扭转中的内力时，均是通过采用截面法来进行的。（A）

A 正确 B 错误

2． 在校核材料的剪切和挤压强度时，当其中一个超过许用值时，强度就不够。( A)

A 正确 B 错误

3． 当圆轴传递的功率不变时，若轴的转速减小，则轴上的转矩就会减小。( B)

A 正确 B 错误

4． 对于承受转矩的轴，如果仅从强度方面考虑，选择空心轴比实心轴合理。（A）

A 正确 B 错误 第二种模式

15

解：以下所有求解均以梁最左端为坐标原点，以轴中心线为x轴，建立坐标系，利用静力平

衡方程求解。

（a）求支座B的约束反力，由静力平衡方程得：

RB?P?ql?2ql

取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下： Q??(P?qx)??q?(l?x) M??P?x?(0?x?l)

(0?x?l)

121qx??qx2?qlx22 作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（a），从图中可知： 剪力最大值为 Qmax?2ql 弯矩最大值为 Mmax?32ql 226

（b）先求支座A、B约束反力，由静力平衡方程得：

?P?a （负号表示方向向下） lP?(a?l) RB?

l RA? 取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下：

P?a(0?x?l)

lP?a?x(0?x?l) M?RA?x??lAB段：Q?RA?? BC段：Q?P(l?x?l?a)

(l?x?l?a)

M?P?(l?a?x) 作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（b），从图中可知： 剪力最大值为 Qmax?P 弯矩最大值为 Mmax?P?a

（c）先求支座A的约束反力，由静力平衡方程得：

RA?0， MA?P?a

取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下：

AC段：Q?0 M?P?a CB段：Q??P(0?x?a)

(0?x?a) (a?x?2a)

(a?x?2a)

M?P?(2a?x)作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（c），从图中可知： Qmax?P，Mmax?P?a

（d）求支座A、B的约束反力，由静力平衡方程得：

11a,RA?q?a 2413 RB?q?a?q?a?q?a

44 RA?2a?q?a? 取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下：

AC段：Q?RA? M?1q?a4(0?x?a) (0?x?a)

1q?a?x4 27

15q?a?q?(x?a)?q?a?q?x 441 M?RA?x?q?(x?a)??(x?a)

2112 ?q?a?x?q?(x?a)

425(a?x?2a) 即 Q?q?a?qx4112(a?x?2a) M?q?a?x?q?(x?a)42 CB段：Q?RA?q?(x?a)?作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（d），从图中可知：

Qmax?3qa 45a处， M4maxM出现在Q?0处，即x?max?9qa2 32（e）求支座A的约束反力，由静力平衡方程得：

RA??P,MA?P?2a?P?a?3Pa（顺时针） 取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下：

AC段：Q??P(0?x?a)

(0?x?a)

M?3Pa?Px CB段：Q??P(a?x?2a)

(a?x?2a)

M?P(2a?x)作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（e），从图中可知： Qmax?P，Mmax?3Pa

5P 4（f）求支座A、B约束反力，由静力平衡方程得：

RA?4a?P?3a?2Pa?5Pa，RA? RB?P?2P?57P?P 44取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下：

5P(0?x?a) 45(0?x?a) M?Px451(a?x?3a) CD段：Q?P?P?P4451 M?Px?P(x?a)?Px?Pa44AC段：Q?

28

(a?x?3a)

7P(3a?x?4a) 47(3a?x?4a) M?P(4a?x)4 DB段：Q?? 作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（f），从图中可知： Qmax?7P，M4max?7P?a 4（g）求支座A的约束反力，由静力平衡方程得：

RA?ql,MA?12ql （顺时针） 2取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下： Q?RA?qx?q(l?x) M?ql?2(0?x?l)

(0?x?l)

12123212ql?qx?ql?qx2222?32ql 2作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（g），从图中可知： Qmax?ql，Mmax（h）求支座A、B的约束反力，由静力平衡方程得：

1qaq?(2a)2?Pa?0， RA? 2215 RB?q?2a?qa?qa?qa

22 RA?2a?取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下：

qa?qx(0?x?2a) 2112(0?x?2a) M?qax?qx22 AB段：Q? BC段：Q?P?qa(2a?x?3a)

(2a?x?3a)

M??P(3a?x)?qa(x?3a)作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（h），从图中可知： Qmax? M3qa 21a或x?2a处： 2则可能出现在x?maxM|故 M12?qa， M|x?2a??qa2 1x?a82max?qa2

（i）求A、B反约束力，由静力平衡方程得：

29

311?l? RAl?ql2?q???0， RA?ql

822?2? RB?q(l?2l39)?ql?ql 288取距原点x的任意截面，求得剪力方程和弯矩方程如下：

3ql?qx(0?x?l) 8312(0?x?l) M?qlx?qx82l33(l?x?l) BC段：Q?q(l??x)?q(l?x)2221332(l?x?l) M??q(l?x)222 AB段： Q?作出剪力图和弯矩图，见图P4-1（i），从图中可知： Qmax? M|5ql 8331329?ql?l?q?(l)?ql2?M|x?l 3x?l88281288?M|x?l?12ql 8 M

max 30

这些假说称之为强度理论。

7． 材料有几种失效形式？材料如何失效是否只与材料的性质有关？ 要点：材料的失效形式有断裂、过度变形、失稳、腐蚀疲劳等。 材料如何失效不仅与材料的性质有关，还与结构有关。 8． 什么是最大剪应力理论？最大剪应力理论的相当应力是什么？

要点：该理论认为不论是何种应力状态，最大剪应力是引起材料破坏的主要原因。与前述理论同理，这一理论通过最大剪应力将复杂应力状态折算为相当的单向应力状态。

直杆在轴向拉伸情况下，其强度条件用最大剪应力表示出来成为：

?max??12≤

[?] 2在复杂应力状态下,强度条件为：

?max??1??32 ≤

[?] 2当量应力为： σeq=σ1-σ3≤[σ] 式中[σ]仍为轴向拉伸时的许用应力。

9．一直杆所受拉力若不通过轴线，其变形属于何种变形？如此作用对杆的强度是否有利？ 要点：变形属于组合变形。不利。 10． 如何进行组合变形的强度计算？

要点：可以应用叠加原理进行组合变形的强度计算。计算的基本思路是：应用截面法，求出截面上的各种内力素，每种内力素对应一种基本变形，有相应的应力分布规律，叠加起来就得到了组合变形的应力分布。 第三种模式

（一）计算题

5． 若在正方形截面短柱的中间处开一切槽，其面积为原面积的一半（如图），问最大压应力增大几倍？ 解：

FF?2 A4aA切槽后危险截面变为开槽截面，其面积仅为，且该截面还受弯曲作用，弯矩使截面

2a左侧产生拉伸，截面右侧产生压缩，可与原先压应力叠加，弯矩 M?F?

2初始的压应力 ?1? 36

1FaFM2F2切槽后 ?2? ??2?1bWZ4aAh226F3F8F???8?1 ?2222a2a4a故压应力增大8倍。

第6章

第一种模式

（一）填空题

（1）A类难度

1． 钢和铸铁基本上是由铁、碳两种元素所组成的，一般含碳量≤2.11%的称为钢，含碳量大于_2.11%_的称为铸铁。

2． 材料代号16MnR的意义是：含碳量0.16%、含Mn量约为1%的压力容器用钢。 3． 材料的力学性能是指 在外力作用下 表现出来的性能。 4． 材料的机械强度是指 材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力。

5． 材料常见的机械性质主要有机械强度、弹性、塑性、韧性 、硬度、耐腐蚀性能等。 6． 钢中的有害杂质主要是S、P_。 7． 20g的含义是含碳量0.2%的锅炉用钢 。

8． 高分子材料主要用于防腐设备、管道、管件、衬里、涂层及其他防腐元件。 9． Q235材料，钢号中235的含义为：材料的屈服极限 。

10． 写出五种化工设备常用的有色金属材料的名称铝、铜、铅、镍、钛。

11． 在优质碳素钢的基础上，少量加入一种或多种合金元素（合金元素总含量在3％以下），以提高钢的屈服强度和改善综合性能为主要目的的钢材称为合金钢。 （2）B类难度

1． Q235-A·F的含义是材料的屈服极限为235MPa、钢板质量等级为A级的普通碳素结构钢（沸腾钢）。

2． 金属材料能进行热处理的基本条件是材料具有 同素异构转变的功能 。 3． 钢材的机械性能除与化学成分有关外还与材料的 热处理方式有关。 4． 改变碳钢性能的主要途径有 合金化、热处理 等方法。 5． 可以使金属材料硬度减小的热处理方式有退火、回火、正火 。 6． 用合金钢代替普通碳素钢，能减轻装备自重，节省钢材 。 （二）判断题 （1）A类难度

1． 钢和铸铁基本上是由铁和碳两种元素所组成的。（A）

A 正确 B 错误

37

2． 钢中的杂质元素Mn、Si、S、P都是有害元素。（B）

A 正确 B 错误

3． 1kg重量的钢和1kg重量的铝的体积是相同的。（B）

A 正确 B 错误 4． 甲类钢是优质碳素结构钢。（B）

A 正确 B 错误

5． 16MnR是容器专用的优质结构钢。（B）

A 正确 B 错误

6． 钢材中含有硫和磷等微量元素会降低材料的性能。（A）

A 正确 B 错误

7． 一般地说，高碳钢的质量优于低碳钢。（B）

A 正确 B 错误 （2）B类难度

1． 一般说晶粒越细小，则金属材料的力学性能越好。（A）

A 正确 B 错误

2． 可锻铸铁是通过锻造来获得毛坯的。（B）

A 正确 B 错误

3． 确切地说，碳钢和铸铁也是一种合金材料（A）

A 正确 B 错误 第二类模式

（一）简要回答下列问题：

1． 钢材进行热处理的目的是什么？常用的方法有哪些？

要点：钢材进行热处理的目的是为了改善材料的性能，常用的方法有整体热处理、局部热处理和化学热处理。

2． 金属材料机械强度的物理含义是什么？反映材料机械强度高低的指标主要有哪些？ 要点：材料的机械强度是材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力，它是过程装备设计与选材的主要依据之一，是材料的重要机械性能指标。反映材料机械强度高低的指标主要有屈服极限（σs或σ0.2）、强度极限（σb），高温时还要考虑蠕变极限（σn），交变载荷作用时则要考虑疲劳极限σ-1。

3． 指出下列钢号代表什么钢、符号和数字的含义是什么？

（1）Q235；（2）16MnR；（3）15MnVR；（4）20R；（5）20g；（6）0Cr13。 要点：（1）普通碳素钢、材料屈服极限值为235MPa。

（2）平均含碳量为0.16%、含Mn量约为1%的压力容器用合金钢。

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（3）平均含碳量为0.15%、含Mn量约为1%、含V量约为1%的压力容器用合金钢。 （4）平均含碳量为0.2%的压力容器用钢。 （5）平均含碳量0.2%的锅炉用钢。

（6）含碳量为0.03～0.08%、含Cr量为13%的铬不锈钢。

4． 金属材料的力学性能指标主要有哪几项？用什么符号表示？它们的物理含义是什么？ 要点：金属材料的力学性能指标主要有：（1）强度指标为强度极限σb、屈服极限σs；（2）弹性指标为弹性模量E、剪切弹性模量G，塑性指标为延伸率δ和断面收缩率ψ；（3）韧性指标为冲击韧度和断裂韧度；（4）硬度指标为布氏硬度（HBS）和洛氏硬度（HRC）。

材料的机械强度是材料抵抗外力作用避免引起破坏的能力，它是过程装备设计与选材的主要依据之一，是材料的重要机械性能指标；材料的弹性是指材料抵抗弹性变形的能力，材料的塑性是材料在断裂前发生不可逆永久变形的能力；韧性是材料在断裂前吸收变形能量的能力；硬度是指材料抵抗其它物体压入的能力，它是衡量材料软硬的判据。 5． 简要叙述下列热处理方法的工艺过程及所能达到的目的：

要点：（1）退火：把钢件放入炉中加热至一定温度以上，保温一段时间随炉冷却。 退火后能达到强度、刚度下降、而塑性、韧性提高的目的。

（2）正火：把钢件放入炉中加热至一定温度以上，保温一段时间后取出在空气中冷却。正火处理具有减少钢件内应力、均匀组织细化晶粒、为最终热处理做好准备的作用。

（3）淬火：把钢件放入炉中加热至一定温度以上，保温一段时间用水或油快速冷却。淬火得到一种过饱和的固溶体，硬度极高且脆、塑性很差、极不稳定，淬火的目的是为了得到高硬度、强度和耐磨性。

（4）调质：把经过淬火钢件放入炉中加热并进行高温回火的工艺。其目的是在保证高强度的基础上达到细化晶粒的目的。 6． 合金钢与碳钢相比有哪些优越性能？

要点：强度高、通过热处理可以大幅度提高钢的屈服强度和改善其综合性能。 7． 过程装备常常用的非金属材料有哪些？各有什么用途？

要点：高分子材料：主要用于防腐设备、管道、管件、衬里、涂层及其他防腐元件。

陶瓷材料：主要用于防腐蚀零部件如管道、离心泵、换热器等。 复合材料：大部分也是用于防腐蚀零部件或设备。 8． 解释下列牌号的含义

（1） Q235-B： 普通碳素钢、屈服极限值为235MPa、钢板质量等级为B级。 （2） 45： 平均含碳量为0.45%的优质碳素钢。

（3） 16MnR： 平均含碳量为0.16%、含Mn量约为1%的压力容器用钢。

（4） 1Cr18Ni9Ti： 含碳量大于0.08%、含Cr量18%、含Ni量9%、含Ti量约为1%的

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铬镍不锈钢。

（5）20g ： 平均含碳量0.2%的压力容器用钢 。

11． 什么叫钢的热处理？为什么热处理能够改变钢的性能？

要点：把钢件放入炉中加热至一定温度以上，保温一段时间后通过不同方法冷却，以期获得不同的材料性能的方法称为钢的热处理。

因为钢在温度变化使有同素异构转变的功能，把钢件加热至一定温度（如A氏体转变温度）以上，通过不同方法冷却，就可以改变钢的性能。

12． 为什么合金元素能提高钢的强度？哪些元素的强化作用最显著？

要点：在碳钢中人为的加入某些合金元素后，由于微观组织发生晶格畸变，晶粒细化，晶界增多，是材料变形变难，从而能提高钢的强度。 Mn、 Si、P、Ni等元素的强化作用最显著。 13． 简述改变碳钢性能的主要途径。

要点：（1）合金化，在碳钢中人为的加入某些合金元素，使其性能发生改变；

（2）热处理，通过热处理增加或减少强度、塑性等性能，达到细化晶粒的目的。

第13章

第一种模式 （一）填空题 （1）A类难度

1． 压力容器设计的基本要求是足够的强度、足够的刚度、足够的使用寿命和合理的结构。 2． 压力容器按壁厚可以分为薄壁容器和厚壁容器，通常是径比K≤1.2时为薄壁容器。 3． 内压容器根据其设计压力大小可以分为常压容器、低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。

4． 根据受压容器的压力高低、介质的危害程度以及在生产过程中的重要作用，将压力容器分为第三类容器、第二类容器、第一类容器。

5． 压力容器在运行过程中，其失效形式一般有四种情况：强度失效、刚度失效、失稳失效、泄漏失效。

6． 压力容器封头常见的形状有凸形（包括半球形、椭圆形、碟形、无折边球形）、锥形和平板等。

7． 标准椭圆封头的长短半轴之比a/b= 2 。

8． 工程计算中常采用无力矩理论来解决各种形状薄壁容器的应力分析与计算问题。 9． 容器的壁厚附加量一般由钢板厚度负偏差、腐蚀裕量两部分组成。 10． 对于无安全泄放装置的容器，其设计压力取为p=(1.0～1.10) pw。 11． 对于装有安全泄放装置的容器，其设计压力一般可取p=(1.05～1.10) pw。 （2）B类难度

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