化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ) 第一章 剛體的受力分析及其平衡規(guī)律

1、化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)學(xué)時(shí)：34授課教師：董延茂,課程性質(zhì)：專業(yè)必修課《化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)》是一門綜合性的、理論與實(shí)用并重的技術(shù)學(xué)科，是應(yīng)用機(jī)械學(xué)科的理論與技術(shù)服務(wù)于化學(xué)工程的學(xué)科。 理論內(nèi)容——桿件、板殼力學(xué)的基礎(chǔ)理論和金屬材料的基本知識(shí)，中低壓壓力容器與幾種典型化工設(shè)備的設(shè)計(jì)與計(jì)算； 實(shí)用內(nèi)容——較為完整的教學(xué)所需要的壓力容器與化工設(shè)備設(shè)計(jì)資料。 要求學(xué)生掌握桿件、平板、回轉(zhuǎn)殼體的基礎(chǔ)理論和金屬材料的基

2、礎(chǔ)知識(shí)，熟悉涉及壓力容器設(shè)計(jì)、制造、材料使用和監(jiān)察管理的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。,教學(xué)時(shí)數(shù)分配,第一章，剛體的受力分析及其平衡規(guī)律，3學(xué)時(shí)第二章，金屬的力學(xué)性能，3學(xué)時(shí)第三章，受拉構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算，3學(xué)時(shí)第四章，直梁的彎曲，3學(xué)時(shí)第五章，圓軸的扭轉(zhuǎn)，3學(xué)時(shí)第六章，壓力容器與化工設(shè)備常用材料，3學(xué)時(shí)第七章，壓力容器的薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力與二次應(yīng)力，3學(xué)時(shí)第八章，內(nèi)壓容器，3學(xué)時(shí)第九章，法蘭連接，2學(xué)時(shí)第十章，人孔、手孔、視鏡和液面計(jì)

3、，2學(xué)時(shí)第十一章，容器支座，1學(xué)時(shí)第十二章，管殼式換熱器，1學(xué)時(shí)第十三章，板式塔，2學(xué)時(shí)第十四章，反應(yīng)釜，2學(xué)時(shí),《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》編寫組，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第二冊(cè)），北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社 1978 。 2.　北京化工學(xué)校主編，化工機(jī)械基礎(chǔ)，北京：人民教育出版社， 1979 。3.　董大勤主編，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1992 。 4.　劉鴻文主編，材料力學(xué)，北京：高等教育出版社

4、， 1992 。 5.　孫訓(xùn)方主編，材料力學(xué)，北京：高等教育出版社， 1993 。 6.　范欽珊主編，工程力學(xué)教程，北京：高等教育出版社， 1998 。 7.　機(jī)械工程手冊(cè)電機(jī)工程手冊(cè)編輯寫委員會(huì) , 《機(jī)械工程手冊(cè)》 , 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1997 8.　機(jī)械工程手冊(cè)電機(jī)工程手冊(cè)編輯寫委員會(huì) , 《機(jī)械工程師手冊(cè)》（第二版） , 北京：機(jī)械工業(yè)出版 　　社， 2000&#

5、160;9.　師昌緒主編，材料大詞典，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1994 10. 材料科學(xué)技術(shù)百科全書(shū)，北京：中國(guó)大百科全書(shū)出版社， 199511. 林肇琦編著，有色金屬材料學(xué)，東北工學(xué)院出版社， 1991 12. 竺海量編著，金屬材料基礎(chǔ)，湖南科學(xué)技術(shù)出版社， 198113. 陳旭俊等編著，金屬腐蝕與防護(hù)基本教程，機(jī)械工業(yè)出版社， 1988,14. 殷風(fēng)仕、姜學(xué)波等編，非金屬材料學(xué)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，

6、1998 15. 鄭明新主編，工程材料（第 2 版），北京：清華大學(xué)出版社， 1991 16. 薛迪甘，焊接概論，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 198717. 陳文明等，金屬工藝學(xué)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 199418. 董大勤，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 199419. 肖前，石油化工設(shè)備制造工藝，上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社， 1984 20. 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編，焊接手冊(cè)（ 1

7、 ）焊接方法及設(shè)備，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 199221. 強(qiáng)健，工程焊接實(shí)用手冊(cè)，北京：中國(guó)計(jì)劃出版社， 199622. 吳樹(shù)雄，電焊條選用指南，第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 199623. GB150-98 鋼制壓力容器24. JB/T4709-92 鋼制焊接容器焊接規(guī)程25. HG20583-1998 鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定26. GB/T 5117-1995 碳鋼焊條 27. GB/T 5118-19

8、95 低合金鋼焊條 28. GB/T 983-1995 不銹鋼焊條 29. GB5293-85 碳素鋼埋弧焊用焊劑 30. 成大光主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版），第 3 卷，第 13 、 14 、 16 篇，北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1993 31. 手冊(cè)編委會(huì)，機(jī)械工程手冊(cè)，傳動(dòng)設(shè)計(jì)卷 第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1997 32. 李秀珍等，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（非機(jī)類），北京：機(jī)械工

9、業(yè)出版社， 1993,33. 張?jiān)?，專業(yè)裝備機(jī)械基礎(chǔ)，北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社， 1998 34. 王中發(fā)，實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：北京理工大學(xué)出版社， 1998 35. 王金等，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，沈陽(yáng)：東北工業(yè)學(xué)院出版社， 1993 36. 談嘉禎，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1994 37.`李天聲等，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社， 1996 38. 手冊(cè)編

10、委會(huì)，減速器實(shí)用技術(shù)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 39. 手冊(cè)編委會(huì)，機(jī)械工程師手冊(cè)，第二版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2000 40. 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， GB150-1998 鋼制壓力容器，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1998 41. 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督規(guī)程，北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社， 1999 42. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) HG20660-1999

11、《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危害程度分類》 43. 余國(guó)琮，化工機(jī)械手冊(cè)，天津：天津大學(xué)出版社， 1991 44. 賀匡國(guó)主編，化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：勞動(dòng)人事出版社， 1987 45. 張康達(dá)、洪起超主編，壓力容器手冊(cè)，北京：勞動(dòng)人事出版社， 1987 46. 余國(guó)琮，化工容器及設(shè)備，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1980 47. 董大勤，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，北京：中

12、央廣播電視大學(xué)出版社， 1993 48. 顧芳珍、陳國(guó)桓主編，化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，天津：天津大學(xué)出版社， 199449. 刁玉偉等，化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)，大連：大連理工學(xué)院出版社， 1989 50. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編委會(huì)，化工容器設(shè)計(jì)，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1984 51. 聶清德等，化工設(shè)備設(shè)計(jì)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1991 52. 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB4710-92 《

13、鋼制塔式容器》,第一篇 工程力學(xué)基礎(chǔ),第一章 物體的受力分析及其平衡條件第一節(jié) 力的概念和基本性質(zhì) 一、力的概念 力是物體間相互的機(jī)械作用。 力的三要素：力的大小、方向、作用點(diǎn)。,二、力的基本性質(zhì) 1、作用與反作用定律: 2、二力平衡定律: 3、平行四邊形法則:,,,,,,,F1,F2,F,等值，反向，共線,三、平衡的概念 若物體相對(duì)于地球靜止或作勻速直線運(yùn)動(dòng)，則稱物體處廠平

14、衡狀態(tài)．并將作用于該物體力系稱為平衡力系。 二力平衡的條件：等值，反向，共線四、加減平衡力系原理 在剛體上加上或減去1個(gè)平衡力系，并不改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效果。,第二節(jié) 約束和約束反力,主動(dòng)力——能主動(dòng)引起物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變或使物體有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變趨勢(shì)的力；自由體——能在空間不受限制任意運(yùn)動(dòng)的物體；非自由體——物體受到其些條件的限制，在某些方向不能運(yùn)動(dòng)約束——限制非自由體運(yùn)動(dòng)的裝置或設(shè)施,約束的種類：1、

15、柔索約束—— 繩子、皮帶、鋼絲。只能阻止物體沿柔索伸長(zhǎng)方向運(yùn)動(dòng)，而不能阻止其他任何方向的運(yùn)動(dòng)?！崴骷s束反力為沿著其中心線而背離物體的拉力,2、理想光滑面約束,3、圓柱鉸鏈約束,鉸支座,,,第三節(jié) 分離體和受力圖,管子的受力圖,水平桿的受力圖,第四節(jié) 力的投影 合力投影定理,1、力的投影,(1)一力在互相平行且同向的軸上投影相等；（2）將力平行移動(dòng)，此力在同一軸上的投影值不變。,2、力在直角坐標(biāo)軸上投影,3、合力投影定理,

16、第五節(jié) 力矩 力偶,力臂,,矩心,,力矩=±Fd,,+,,-,,力偶——外用在同一物體上等值、反向、不共線的一對(duì)平行力；力偶對(duì)剛體只產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，沒(méi)有移動(dòng)效應(yīng),力偶矩,m(F,F’)=±Fd,力偶三要素——力偶矩的大小、力偶的轉(zhuǎn)向和力偶的作用面,等效力偶——作用在剛體上的兩個(gè)力偶的大小和轉(zhuǎn)向完全相同,(1)只要保持力偶矩的大小和轉(zhuǎn)向不變，力偶可在作用面內(nèi)任意移動(dòng)．而不改變對(duì)剛體的作用效果；(2)在保持力偶矩

17、大小和轉(zhuǎn)向不變的條件下，可以任意改變力偶中兩力的大小和力偶臂的長(zhǎng)短，而不改變對(duì)剛體的作用效果；(3)力偶可以移到與其作用面平行的平面內(nèi)，而不會(huì)改變對(duì)剛體的作用效果。,定理：,第六節(jié) 力的平移,力線平移定理：作用在剛體上的力f可以平行移動(dòng)到剛體上任一點(diǎn)同時(shí)必須附加一個(gè)力偶，其力偶矩等于原力F對(duì)新作用點(diǎn)的矩。,第七節(jié) 平面力系的簡(jiǎn)化 合力矩定理,平面力系：力系中所有力的作用線在同一個(gè)平面內(nèi),一、平面力系的簡(jiǎn)化,固定端約束——物體的一

18、部分固嵌于另一物體所構(gòu)成的約束,限制移動(dòng)的反力,,限制繞嵌入點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的反力偶,,,二、平面力系簡(jiǎn)化結(jié)果的討論,R’≠0, M0 ’≠0,,,三、合力矩定理 平面力系的合力對(duì)作用面內(nèi)任一點(diǎn)的矩，等于各分力對(duì)同點(diǎn)之矩的代數(shù)和。,第八節(jié) 平面力系的平衡方程,物體在平面力系作用下處于平衡的必要且充分條件是：作用于該物體上力系的主矢量和主力矩對(duì)任—點(diǎn)的主矩都等于零。,平面匯交力系——平面力系上所有力的作用線匯交于—點(diǎn),,,,AB為