压力管道计算典型试题及详细答案

压力管道计算典型试题及详细答案

一、单选题（每题2分，共20分）

1.在压力管道设计中，当管道直径D≥600mm时，通常采用（）进行应力分析（2分）A.简化计算法B.有限元分析法C.经验公式法D.解析计算法【答案】B【解析】大直径管道（D≥600mm）的应力分析通常采用有限元分析法，以准确考虑复杂边界条件和应力分布

2.压力管道的许用应力[σ]通常取材料的（）（2分）A.屈服强度σsB.抗拉强度σbC.疲劳极限σfD.规定塑性延伸强度σreH【答案】B【解析】压力管道的许用应力[σ]通常取材料抗拉强度的部分比例，保证安全性与经济性

3.对于输送腐蚀性介质的压力管道，优先选用（）材料（2分）A.碳钢B.不锈钢C.铝合金D.铜合金【答案】B【解析】不锈钢具有优异的耐腐蚀性，适用于输送腐蚀性介质

4.压力管道设计中，当壁厚较大时，主要考虑（）效应（2分）A.弹性B.塑性C.屈曲D.疲劳【答案】C【解析】厚壁管道在高压下易发生屈曲失稳，需重点考虑

5.压力管道的应力分类中，一次应力是指（）（2分）A.由内压引起的薄膜应力B.由温度变化引起的应力C.地震引起的应力D.腐蚀引起的应力【答案】A【解析】一次应力主要由内压引起，是管道的基本应力状态

6.压力管道水压试验的压力通常为设计压力的（）倍（2分）A.

1.0B.

1.15C.

1.25D.

1.5【答案】C【解析】水压试验压力一般为设计压力的

1.25倍，以验证管道强度

7.压力管道弯头处的应力集中系数通常（）（2分）A.小于1B.等于1C.大于1D.不确定【答案】C【解析】弯头处存在应力集中，系数通常大于

18.压力管道的疲劳寿命计算中，循环次数N≤10^4次时，通常按（）模型计算（2分）A.Miner线性累积损伤B.Goodman相关系数C.S-N曲线D.Basquin方程【答案】C【解析】低循环疲劳（N≤10^4）主要基于S-N曲线进行计算

9.压力管道的刚度校核主要关注（）（2分）A.应力是否超过许用值B.变形是否在允许范围内C.材料是否耐腐蚀D.焊缝质量【答案】B【解析】刚度校核是确保管道变形在允许范围内的关键

10.压力管道的设计温度低于0℃时，需考虑（）问题（2分）A.蠕变B.脆性断裂C.腐蚀D.疲劳【答案】B【解析】低温环境下材料易发生脆性断裂，需重点防范【答案】

1.B

2.B

3.B

4.C

5.A

6.C

7.C

8.C

9.B

10.B

二、多选题（每题4分，共20分）

1.压力管道设计中，下列哪些属于应力分类？（）（4分）A.一次应力B.二次应力C.三次应力D.疲劳应力E.蠕变应力【答案】A、B、C【解析】应力分类包括一次应力、二次应力和三次应力，疲劳与蠕变属于特殊应力状态

2.压力管道常用检测方法包括？（）（4分）A.超声波检测B.射线检测C.磁粉检测D.涡流检测E.泄漏检测【答案】A、B、C、D、E【解析】以上均为压力管道常用检测方法，用于评估管道缺陷

3.压力管道设计时需考虑哪些载荷？（）（4分）A.内压B.温度变化C.地震D.风载E.腐蚀【答案】A、B、C、D【解析】腐蚀属于环境因素，非直接载荷，其他均为设计载荷

4.压力管道的失效模式包括？（）（4分）A.屈服B.断裂C.泄漏D.疲劳E.蠕变【答案】A、B、C、D、E【解析】以上均为压力管道常见失效模式

5.压力管道材料选用需考虑哪些因素？（）（4分）A.耐腐蚀性B.高温性能C.低温性能D.机械性能E.经济性【答案】A、B、C、D、E【解析】材料选择需综合性能与经济性考量【答案】

1.A、B、C

2.A、B、C、D、E

3.A、B、C、D

4.A、B、C、D、E

5.A、B、C、D、E

三、填空题（每题4分，共20分）

1.压力管道的应力分类中，______应力是基本应力，______应力是自限性应力（4分）【答案】一次；二次

2.压力管道水压试验的目的是检验管道的______和______（4分）【答案】强度；密封性

3.压力管道的疲劳计算中，______是影响寿命的关键参数（4分）【答案】应力幅

4.压力管道设计中，______是指允许的最大工作压力（4分）【答案】设计压力

5.压力管道的腐蚀防护方法包括______、______和______（4分）【答案】涂层防护；阴极保护；材料选用【答案】

1.一次；二次

2.强度；密封性

3.应力幅

4.设计压力

5.涂层防护；阴极保护；材料选用

四、判断题（每题2分，共10分）

1.压力管道的壁厚计算公式为δ=（pD）/（2[σ]η）（）（2分）【答案】（√）【解析】该公式正确适用于薄壁压力容器壁厚计算

2.压力管道的疲劳试验通常采用旋转弯曲试验（）（2分）【答案】（√）【解析】旋转弯曲试验是常用的疲劳试验方法

3.压力管道的应力腐蚀通常发生在高温高应力环境下（）（2分）【答案】（√）【解析】应力腐蚀在高温高应力联合作用下易发生

4.压力管道的焊缝质量对整体强度无显著影响（）（2分）【答案】（×）【解析】焊缝质量直接影响管道强度与可靠性

5.压力管道的刚度校核与强度校核是等效的（）（2分）【答案】（×）【解析】刚度校核关注变形，强度校核关注应力，两者不同【答案】

1.√

2.√

3.√

4.×

5.×

五、简答题（每题4分，共12分）

1.简述压力管道的一次应力、二次应力和三次应力的区别（4分）【答案】一次应力由内压或温度变化直接引起，不随时间变化，是管道的基本应力状态二次应力由管道结构不连续（如弯头、焊缝）引起，自限性，允许存在但需限制峰值三次应力由局部缺陷或焊接残余应力引起，非自限性，易导致疲劳或断裂，需严格控制

2.简述压力管道水压试验的步骤（4分）【答案】

（1）准备试验方案与设备；

（2）充满水并排净空气；

（3）缓慢升压至试验压力；

（4）保压检查有无泄漏；

（5）降压至设计压力检查变形；

（6）记录数据并判定结果

3.简述压力管道腐蚀防护的基本方法（4分）【答案】

（1）材料选用选用耐腐蚀材料；

（2）表面防护涂层、镀层等；

（3）阴极保护外加电流或牺牲阳极；

（4）环境控制改变介质或温度【答案】

六、分析题（每题10分，共20分）

1.某压力管道，内径D=500mm，壁厚δ=10mm，设计压力p=2MPa，材料为Q235B，许用应力[σ]=160MPa，腐蚀裕量C1=2mm，计算该管道的允许工作压力（10分）【答案】

（1）有效壁厚δe=δ-C1=10-2=8mm

（2）允许应力幅[σ]e=[σ]-σa（σa为附加应力，通常取10MPa）

（3）允许工作压力p允许=[σ]e·D/2δe-1=（160-10）·500/2×8-1≈

1.88MPa

（4）结论允许工作压力为

1.88MPa，低于设计压力，需调整设计

2.某压力管道在运行中发生泄漏，分析可能的原因及检测方法（10分）【答案】可能原因

（1）材料缺陷制造缺陷或疲劳裂纹；

（2）应力集中焊缝或弯头处；

（3）腐蚀应力腐蚀或均匀腐蚀；

（4）超压实际压力超过设计值；

（5）安装不当焊缝错位或变形检测方法

（1）超声波检测检测内部缺陷；

（2）射线检测检测表面及近表面缺陷；

（3）泄漏测试真空或氦气质谱检漏；

（4）硬度检测评估腐蚀程度【答案】

七、综合应用题（每题25分，共50分）

1.某石化厂压力管道，输送高温高压蒸汽，内径D=800mm，壁厚δ=20mm，设计温度T=400℃，设计压力p=4MPa，材料为15CrMo，许用应力[σ]=200MPa，蠕变极限σt=150MPa，要求校核该管道的长期安全性与设计合理性（25分）【答案】

（1）强度校核允许应力幅[σ]e=[σ]-σa=200-30=170MPa允许工作压力p允许=[σ]e·D/2δe-1=170·800/2×18-1≈

3.72MPa实际压力4MPa大于允许压力，需降级材料或增加壁厚

（2）蠕变校核蠕变比σ实际/σt=4/150≈

0.027根据蠕变曲线，寿命10^5小时，需定期检测

（3）设计合理性高温环境下需考虑蠕变，材料15CrMo适用；壁厚20mm较合理，但需加强检测；建议采用焊后热处理降低残余应力

（4）结论需调整设计参数，建议采用16Mn材料或增加壁厚至25mm，并加强检测

2.某化工管道发生腐蚀，分析腐蚀类型并制定防护方案（25分）【答案】

（1）腐蚀类型分析根据介质成分（如盐酸、硫化氢），判断为（

1.1）均匀腐蚀碳钢在酸性介质中；（

1.2）点蚀含氯离子介质；（

1.3）应力腐蚀含应力与腐蚀介质

（2）防护方案（

2.1）材料更换不锈钢（如304L）替代碳钢；（

2.2）涂层防护环氧涂层+阴极保护；（

2.3）缓蚀剂添加FeCl3等；（

2.4）工艺改进降低介质温度或pH值；（

2.5）定期检测超声波检测腐蚀厚度

（3）实施建议优先采用材料更换+涂层防护组合方案，并建立腐蚀监测系统【答案】。