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课程编号：0511940化工设备机械基础MachineryFoundationofChemicalEquipment总学时：48总学分：3课程性质：必修课开设学期：第三学年第一学期周学时分配：平均3学时适用专业及层次：化学工程与工艺专业（本科、专科）先行课程：高等数学、大学物理；后续课程：化工过程设计与开发等教材：《化工设备机械基础》，董大勤编著，北京:化学工业出版社,2003（第一版）；推荐参考书：［1］《化工设备机械基础》，汤善甫编著，上海：华东理工大学出版社，2003［2］《化工设备机械基础》，刁玉玮编著，大连：大连理工大学出版社,2003［3］《化工设备机械基础》，潘传九主编，北京：化学工业出版社,2002［4］《化工设备机械基础》，赵军主编，北京：化学工业出版社,2000一、课程目的及要求化工设备机械基础是一门综合性的机械类必修课，主要针对化工工艺类专业学生及其相近专业学生开设。本课程的目的是使学生获得必要的机械基础知识，具有设计常、低、中压化工设备的初步能力。本课程的主要任务及基本要求：1、熟练掌握物体的受力分析、金属在外力作用下所显示的机械性能及杆件承受拉压、剪切、扭转、弯曲等条件下的强度条件及相关计算。2、了解化工设备常用金属材料的基本成分、性能和用途。3、熟练掌握承受内压、外压的压力容器的设计计算方法和有关开孔补计算。4、熟悉压力容器上各种标准件于附件的选用方法。5、熟悉压力容器中的焊缝分类方法及正确选用焊接材料。6、了解典型化工设备中的塔器、换热器和搅拌反应釜的基本结构。二、课程内容及学时分配第1章刚体的受力分析及其平衡规律（6学时）1.1力的概念。刚体的概念。平衡的概念，约束及其基本类型、约束反力。分离体、受力图、二力杆、三力平衡汇交定理。1.2平面汇交力系的简化与平衡平面汇交力系合成的几何法；力的分解；力在坐标轴上的投影；合力投影定理；平面汇交力学合成的解析法；平面汇交力学的平衡条件与平衡方程。21.3力矩、力偶、力的平移定理1.4平面一般力系的简化与平衡平面一般力系的简化及简化结果分析、平衡条件及平衡方程。固定端约束的性质。1.5静力学问题求解方法小结。第2章金属的力学性能（4学时）2.1.弹性体的变形与内力变形、弹性变形、内力、杆件、杆件变形基本形式、材料力学的基本假设2.2.轴向拉伸与压缩轴向拉伸与压缩的概念、截面法、轴力、轴力图应力、应变的概念、直杆在斜截面上的应力、正应力、剪应力2.3.金属在外力作用下所显示的机械性能低碳钢的拉伸试验、载荷—变形图、应力—应变图、虎克定律、材料的塑性指标—延伸率、断面收缩率、其他材料拉伸曲线、名义屈服极限、材料压缩时的机械性能、温度对材料机械性能的影响、蠕变和松驰现象第3章受拉压构件的强度计算与受剪切构件的使用计算条件和拉压静不定（2学时）3.1.受拉压直杆的强度计算3.2.拉压中的静不定问题3.3.剪切概念、剪力、名义剪应力、挤压和挤压应力、剪切和挤压的假定计算和强度条件第4章直梁的弯曲（5学时）4.1.梁的概念、梁的支座与反力、梁的分类4.2.梁的内力分析4.3.剪力法则及剪力方程、弯矩法则及弯矩方程、剪力图及弯矩图4.4.纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件梁纯弯曲时的变形分析、正应力分布规律、曲率计算、正应力公式、常用截面的轴惯性矩、拉弯截面模量，正应力强度条件、提高梁承载能力的措施。4.5.直梁弯曲时的剪应力和梁的变形简介第5章扭转（3学时）5.1.圆周扭转时所受外力的分析与计算扭转的概念、轴的概念、轴的三项功能、恒转速下轴扭矩与功率间的关系5.2.薄壁圆筒扭转时的应力和变形、纯剪切、角变形、剪切虎克定律5.3.圆轴扭转时的变形与内力、圆截面的极惯性矩和抗扭截面模量5.4.圆轴扭转时的强度条件、刚度条件补充：复杂应力状态和强度理论（1学时）一点的应力状态、二向应力状态分析、四大强度理论3第6章压力容器与化工设备常用材料（4学时）6.1.金属的晶体结构6.2.铁碳合金6.3.碳素钢和铸铁碳钢和铸铁的化学成分和组织结构；钢的热处理；碳钢的分类、牌号、性能和品种；铸铁的分类及性能。6.4.合金钢合金元素对钢材性能的影响，低合金钢的种类性能、高合金钢的种类和性能6.5.压力容器常用钢板的检验6.6.锻件与紧固件6.7.有色金属及其合金：铜合金、铝合金、钛简介第7章压力容器中的薄膜应力弯曲应力与二次应力（3学时）7.1.容器的结构、容器的分类(按压力、按容规)回转薄壳的几何概念、第一、二主曲率半径、平行圆半径。7.2.回转薄壳的薄膜应力分析及薄膜应力理论在常见回转薄壳上的应用7.3.圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力7.4.边界区的二次应力7.5.强度条件第8章内压容器（3学时）8.1.压力容器设计参数的确定8.2.内压容器筒体与封头的强度计算及容器的最小壁厚8.3.在用压力容器的强度校核第9章压杆稳定与外压容器的计算（3学时）9.1.压杆稳定的概念及外压容器的稳定性问题9.2.细长杆临界载荷的欧拉公式、临界压力、临界应力、压杆柔度、欧拉公式的适用范围9.3.外压圆筒临界压力、临界应力与临界应变、外压圆筒环向稳定性图算法9.4.外压圆筒轴向稳定性校核9.5.外压球壳与外压椭圆形封头的图算法9.6.加强圈设计第10章法兰连接（2学时）10.1.压力容器法兰连接法兰密封原理、压力容器法兰类型及密封面型式、容器法兰标准及选用；容器法兰用垫片。10.2.管法兰连接管法兰类型及密封面型式、管法兰标准及选用、管法兰用垫片。410.3.密封垫片10.4紧固件第11章人孔、手孔、视镜和液面计（1学时）11.1.人孔和手孔11.2.视镜与液面计第12章压力容器开孔补强与设备凸缘（2学时）12.1.回转壳体上开小孔造成的应力集中12.2.GB150-98对容器开孔及补强的有关规定12.3.容器开孔补强结构及等面积法补强计算12.4设备凸缘第13章压力容器支座（1学时）13.1.卧式容器支座13.2.立式容器支座第14章压力容器的焊接结构（2学时）14.1.焊接接头及其分类14.2.GB150-98对压力容器焊缝的分类14.3.焊缝缺陷及检验；14.4.焊接材料的选用。第16章塔设备（2学时）塔设备分类；板式塔、填料塔工作原理及基本结构第17章换热器（2学时）管壳式换热器种类及型号表示方法，管壳式换热器的主体结构及设计第18章搅拌反应釜（2学时）反应釜的总体结构特点及各部分的结构设计和标准件的选取5表1各章学时分配表章次学时数章次学时数第1章刚体的受力分析及其平衡规律6第10章法兰连接2第2章金属的力学性能4第11章人孔、手孔、视镜和液面计1第3章受拉压构件的强度计算及受剪切构件的实用计算2第12章开孔补强与设备凸缘2第4章直梁的弯曲5第13章容器支座1第5章缘轴的扭转4第14章容器的焊接结构2第6章压力容器与化工设备常用金属材料4第16章塔设备2第7章压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力3第17章换热器2第8章内压容器3第18章搅拌反应釜2第9章外压容器与压杆稳定的计算3合计48学时三、教学重点与难点第1章刚体的受力分析及其平衡规律重点讲解：刚体的受力分析以及受力图的绘制，一般平面力系的简化与平衡，能够正确地建立静力平衡方程并能根据已知外力求解约束反力。第2章金属的力学性能重点讲解：杆件拉伸与压缩时的受力特点和变形特点，应力与应变的关系（虎克定律），利用截面法求解内力、绘制轴力图和低碳钢杆件的应力－应变曲线。第3章受拉压构件的强度计算及受剪切构件的实用计算重点讲解：如何正确计算构件的工作应力，安全系数的选取和许用应力的确定，杆件承受拉压时的强度条件及其应用以及杆件受剪切时的受力特点和变形特点以及剪切和挤压的假定计算和强度条件及其应用。第4章直梁的弯曲重点讲解：梁的概念以及其剪力和弯矩的求解，剪力图和弯矩图的绘制，梁纯弯曲时正应力的分布与计算，常用截面的轴惯性矩的计算，正应力的强度条件及其应用，提高粱承载能力的措施。第5章圆轴的扭转重点讲解：扭转和轴的概念，恒的转速、扭矩与功率间的关系，纯剪切的概念，圆轴扭转时的变形与内力的计算、圆截面的极惯性矩和抗扭截面模量的计算，圆轴扭转时的强度条件、刚度条件及其应用。一点的应力状态和四大强度理论。第6章压力容器与化工设备常用金属材料重点讲解：碳钢和铸铁的化学成分和组织结构；钢的热处理；碳素钢的分类、牌号、性能和品种；合金钢的分类、牌号、性能和品种，铸铁的分类。6第7章压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力重点讲解：压力容器按照所承受压力的分类，回转薄壳的几何概念，径向薄膜应力和纵向薄膜应力的概念，薄膜应力理论在常见回转薄壳上的应用。承受均布载荷圆形平板的变形与内力分析，应力分类，二次应力的概念、性质和限制条件。概念，薄膜应力理论在常见回转薄壳上的应用。第8章内压容器重点讲解：压力容器设计参数的确定（包括：设计压力、设计温度、容器内径、许用应力和焊缝系数），内压圆筒的强度计算，名义壁厚的设计，容器的最小厚度的确定；内压椭圆形封头、锥形封头、及平盖的强度计算。第9章压杆稳定与外压容器重点讲解：压杆稳定的概念及外压容器的稳定性问题，外压圆筒环向稳定性的计算（包括：临界压力的计算、临界长度的计算和长圆筒和短圆筒的判定，临界应力与临界应变，外压圆筒环向稳定性图算法），外压球壳与外压椭圆形封头的稳定计算，真空容器加强圈的设计计算（包括：最小截面惯性矩的计算，加强圈实际提供的截面惯性矩计算），细长压杆稳定计算的欧拉公式。第10章法兰连接重点讲解：法兰密封原理、压力容器法兰类型及密封面型式、容器法兰标准及选用，管法兰类型及密封面型式、管法兰标准及选用，容器支座的类型和相应的结构及选用，安全阀的作用和基本结构。第11章人孔、手孔、视镜和液面计重点讲解：人孔、手孔、视镜和液面计的类型第12章容器开孔补强与设备凸缘重点讲解：回转壳体上开小孔时所造成的应力集中，容器开孔补强结构及容器上开孔补强的有关规定第13章容器支座重点讲解：卧式容器支座和立式容器支座第14章压力容器的焊接结构重点讲解：焊缝的基本型式，GB150-98对压力容器焊缝的分类，焊缝的布置原则；焊缝缺陷与检验。第16章换热器（2学时）重点讲解：管壳式换热器的总体结构及主要零部件第17章塔设备（2学时）重点讲解：塔设备分类，板式塔、填料塔工作原理及基本结构。第18章搅拌反应釜（2学时）重点讲解：反应釜的总体结构特点及各部分的结构设计和标准件的选取。四、主要教学方法课堂教学，多媒体＋板书五、典型作业练习7表2各章典型作业数章次作业数章次作业数第1章刚体的受力分析及其平衡规律3第10章压力容器中的弯曲应力与二次应力第2章金属在外力作用下所显示的机械性能第11章压力容器的强度计算2第3章拉压杆的强度计算及静不定问题3第12章压杆稳定与外压容器2第4章剪切1第13章压力容器的开孔与补强1第5章弯曲3第14章压力容器的标准件与附件第6章扭转2第15章压力容器的焊接结构第7章复杂应力状态及强度理论第16章塔设备第8章化工设备常用金属材料第17章换热器第9章压力容器中的薄膜应力第18章搅拌反应釜合计17七、课程考核方式期末进行闭卷考试