材料力学基础知识

1.    材料的强度理论有几种？在管道强度设计中主要采用第几强度理论？

答：材料的强度理论有四种，分别是：

1)  第一强度理论――最大拉应力理论，其当量应力S =σl。它认为引起材料断裂破坏的主要因素是最大拉应力。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大拉应力达到材料单项拉伸断裂时的最大应力值，材料即发生断裂破坏。

2) 第二强度理论――最大伸长线应变理论，其当量应力

S =σ1－μ(σ2＋σ3)

它认为引起材料断裂破坏的主要因素是最大伸长线应变。亦即不论材料处于何种应力状态，只要最大伸长线应变达到材料单向拉伸断裂时的最大应变值，材料即发生断裂破坏。

3) 第三强度理论――最大剪应力理论，其当量应力S =σ1－σ3。它认为引起材料屈服破坏的主要因素是最大剪应力。亦即不论材料处于何种应力状态，只要提大剪应力达到材料屈服时的最大剪应力值，材料即发生屈服破坏。

4) 第四强度理论――变形能理论，其当量应力为：  

S = [1/(2)1/2][(σ1－σ2)2 ＋(σ2－σ3)2＋(σ3－σ1)2 ] 1/2

它认为引起材料屈服破坏的主要因素是材料内的变形能。亦即不论材料处于何种应力状态，只要其内部积累的变形能达到材料单向拉伸屈服时的变形能值，材料即发生屈服破坏。

在管道强度设计中主要采用最大剪应力强度理论。

2.    什么是弹性变形？什么是塑性变形？

答：构件或物体在外力作用下产生变形，当外力除去后能完全恢复其原有形状，不遗留外力作用过的任何痕迹，这种变形称为弹性变形。构件或物体在外力作用下产生变形，当外力去除后，构件或物体的形状不能复原，即遗留了外力作用下的残余变形，这种变形称为塑性变形。

3.    弹性体的应力与应变服从什么关系？

εx、εy、εz――分别为X、Y、Z三个方向的线应变； σx、σy、σz――分别为X、y、Z三个方向的正应力，MPa； τxy、τyz、τzx――分别为XY、YZ、ZX三个平面内的剪应变；MPa； γxy、γyz、γzx――分别为XY、YZ、ZX三个平面内的剪应力； E――材料的弹性模量，MPa； ν――材料的泊松比； G――材料的剪切弹性模量，MPa。 G与E和ν之间有如下关系： G=E/2(1+ν)

4.    SH3059-2001《石油化工管道设计器材选用通则》都对哪些压力管道元件的强度计算做出了规定？

答：SH3059-200l《石油化工管道设计器材选用通则》对以下压力管道元件的强度计算做出了规定：

1)   金属直管；

2)   弯管、弯头及斜接弯头；

3)   三通；

4)   盲板与平板封头；

5)   开孔补强。

5.    管道开孔补强有哪些方法？

答：管道开孔补强有两种方法：

1)   补强圈补强――以全熔透焊缝将内部或外部补强圈与支管、主管相焊。

2)   整体补强――增加主管厚度，或以全熔透焊缝将厚壁支管或整体补强锻件与主管相焊。

6.    采用补强圈补强时应遵守哪些规定？

答：应遵守下列规定：

1)   采用的钢材标准抗拉强度σb≤540 MPa；

2)   主管壁名义厚度δn≤38 mm；

3)   补强圈厚度应不大于1.5δn。

7.    压力管道钢材的许用应力应如何选取？

答：根据GB150－1998《钢制压力容器》，压力管道钢材许用应力应按下表规定选取：



注：①对奥氏体高合金钢制受压元件，当设计温度低于蠕变温度范围，且允许有微量的永久变形时，可适当提高许用应力至0.9σst(σ0.2t)，但不超过

σst (σ0.2t)/l.5。此规定不适用于法兰或其它微量永久变形就产生泄漏或故障的场合。

表中σb――钢材常温抗拉强度最低值，MPa；

σs(σ0.2)――钢材常温屈服点(或0.2%屈服强度)，MPa；

σst(σ0.2t )――钢材在设汁温度下的屈服点(或0.2%屈服强度)，MPa；

σDt――钢材在设计下经l0万小时断裂的持久强度的平均值，MPa；

σnt――钢材在设计温度下经10万小时蠕变为1%的蠕变极限， MPa。