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 -12 kN ，DB 段轴力为 -4 kN 。

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 2个 波，短圆筒失稳后出现 3个及以上 的波数。

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|T max |为（ B ）m kN ⋅。

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 ()L Fb x Q = Ｂ．AC 段,弯矩表达式为x L

Fb x M =)(； Ｃ．CB 段，剪力表达式为 ()L

Fa x Q = Ｄ．CB 段,弯矩表达式为)()(x L L Fa x M -=

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 ）

A ．切应力造成，破坏断面在与轴线夹角45º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45º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2m 3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

题号 一 二 三 四 总分 总分 10 20 10 60

100 得分

题1图 题2图

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A 1=400mm 2，A 2=300mm 2，[σ]=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

3N 1351087.5MPa 400

AB AB F A σ⨯===（1分） MPa 5.67400102731C N =⨯==

A F

B B

C σ（1分） 3N 2271090MPa 300

σ⨯===CD CD F A （1分） MPa 90max ==CD σσ

（3）强度校核

[]max 90MPa <σσ=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 5095491592N m 300A M =⨯=⋅（1分） 309549955N m 300

B M =⨯=⋅（1分） 209549637N m 300

C M =⨯=⋅（1分）

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 < | Tmax|1 （1分）

可见，后一种布置较前种布置合理。（1分）

4．图示外伸梁，F=500N ，a =0.4m,材料的 [σ]=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）

max M Fa =（1分）

（2）强度计算

由正应力强度准则

max max max 3

[]0.1z M M W d σσ==≤（2分）

3max 335000.41025.5mm 0.1[]0.1120M d σ⨯⨯≥==⨯⨯（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 =P 2 e =6KN.m （1分）

N =P 1+P 2=100+30=130KN （1分）

（2）求应力：

36max 21301061000.180.18/6

z P M A W h h σ+

⨯⨯=-+=-+=（2分） ∴ h=276.9mm ，取h=280mm （1分）

36max 213010610 5.130.180.280.180.28/6

z P M MPa A W σ+

⨯⨯=+=-+=⨯⨯（2分） 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