化工设备机械基础-总复习

化工设备机械基础第一章静力分析第二章直杆的拉伸与压缩第三章直梁的弯曲第四章应力状态与强度理论第五章化工设备用材料第六章化工设备设计概论第七章内压薄壁容器的应力分析第八章内压薄壁圆筒与封头的强度设计第九章外压薄壁圆筒与封头的设计第十章容器零部件第十一章塔设备设计第一章静力分析（刚体）1.力的概念及性质：力：物体之间的相互机械作用；效应：运动状态发生改变；产生变形。力的成对性(作用力与反作用力)；二力平衡条件（二力构件及二力杆）；力的可传性；力的可合性和可分解性（三力汇交平衡定理）；2.约束与约束反力柔软体、光滑面、圆柱铰链支座（固定，活动）、固定端3.受力图取分离体(分析对象)，解除约束，在被约束处代之以约束反力；画上主动力。第一章静力分析（刚体）4.平面汇交力系的平衡条件－解析法4.1合力投影定理：力系的合力在某一轴上的投影，等于该力系中的各力在同一轴上投影的代数和。4.2平面汇交力系平衡的充要条件是合力为零：∑Fx=0&∑Fy=04.3平面汇交力系平衡问题的求解步骤：⑴根据题意，选取适当的构件作为研究对象，并解除约束，使之成为分离体，分离体可以为一个构件，也可以是几个构件的组合，甚至是整个物体。⑵对分离体进行受力分析，正确画出受力图。【注意】根据约束的性质确定约束反力的方向，若约束反力的指向预先不能确定可以任意假定，然后再根据计算结果的正或负值，确定约束反力的实际指向，要会判断，要注意作用力与反作用力的关系，会正确运用三力平衡汇交定理。⑶建立坐标系，列平衡方程。坐标轴选取时应使投影计算方便，一般应使坐标轴与较多的力平行或垂直。平衡方程最好只含一个未知量，以避免解联立方程。第一章静力分析（刚体）5.平面力偶系的合成与平衡条件力矩：度量力转动效应的物理量；符号规定（逆时针：正）力偶：大小相等、方向相反、作用线不重合的两平行力组成的力系力偶矩：力F和力偶臂的乘积F·h来度量力偶引起的转动效应力偶性质：无合力、转动效应与矩心位置无关、等效性；平面力偶系合成：一平面内的多个力偶可以合成为一个合力偶，其合力偶矩等于原力偶系中各力偶矩的代数和；平衡条件：力偶系中各力偶矩的代数和等于零－∑mi=0第一章静力分析（刚体）6.平面一般力系的合成与平衡条件力的平移定理：作用在物体上某点的力，可以平行移动到该物体上的任意一点A，但必须同时附加一个力偶，这个附加力偶的力偶矩等于原力对点A之矩。平衡条件：主矢和力系对其作用面内任一点的主矩均为零基本形式：∑Fx=0，∑Fy=0，∑Mo(F)=0二矩式方程：∑Fx=0，∑MA=0，∑MB=0［注意］A、B是平面内的任意两个点，但A、B两点的连线不能垂直于x轴。三矩式方程：∑MA=0，∑MB=0，∑MC=0［注意］A、B、C是平面内不共线的三个任意点。第一章静力分析（刚体）［例题］图示结构由曲梁ABCD及杆CE、BE和GE构成，A、B、C、E、G均为铰接。已知F=20kN，均布载荷q=10kN／m，M=20kN·m，a=2m。试求A、G处的反力及杆BE、CE所受之力。AGEBCDFMqaaaa分析：未知数与平衡方程数BE与CE为二力杆第一章静力分析（刚体）解:(1)分别取ABCD与GE为分离体，画出图示受力图；(2)列平衡方程：∑MA=0∑MG=0联立方程组求解可得BE、CE受力构件ABCD列力平衡方程可求A点约束反力∑Fx=0∑Fy=0构件GE列力平衡方程可求G点约束反力∑Fx=0∑Fy=0AGEBCDFMqNBENBENCENCE''NGyNAyNGxNAx第二章拉伸与压缩(变形体－杆)1.杆件的基本变形拉伸或压缩、弯曲、剪切、扭转2.内力的概念工程力学上把构件不受外力作用时的内力看作是零，而把外力作用后引起的内力变化量（附加内力）。内力可以是力，也可以是力偶。截面法求内力⑴在所求内力的截面处，假想地用一平面将杆件切成两段；⑵取任一段为研究对象，而把另一段对该段的作用以内力代替，并在截面上画出，使其与作用在该段上的外力相平衡；⑶利用静力平衡方程求解内力。⑷画轴力图第二章拉伸与压缩(变形体－杆)3.轴向拉压时的应力应力：就是指作用在单位面积上的内力值，它表示内力在某点处的集度。（N／m2）＝帕(Pa)、兆帕（MPa）正应力：垂直于横截面的应力分量，用σ表示；拉为正剪应力：平行于横截面的应力分量，用τ表示。顺时针为正4.拉压时的强度条件强度校核设计截面尺寸确定许可载荷][ANmax][AN][NAA][]N[第二章拉伸与压缩(变形体－杆)5.虎克定律基本形式：直杆受轴向拉伸或压缩时，若其横截面上的应力未超过某一限度时，则纵向应变与正应力成正比σ=Eε导出形式：弹性范围内，直杆受轴向拉伸或压缩时，则直杆的绝对变形与轴力及杆长成正比，而与杆的横截面面积A成反比。EANll第二章拉伸与压缩(变形体－杆)6.低碳钢拉伸机械性能曲线弹性阶段：比例极限σp；弹性极限σe屈服阶段：屈服极限，σs强化阶段：强度极限σb颈缩阶段7.低碳钢主要机械性能强度指标屈服极限σs强度极限σb弹性指标：E塑性指标材料的延伸率δ断面收缩率ψ%100lΔl%100AAA1第三章弯曲(梁)1.平面弯曲定义：梁上所有外力和外力偶均作用在由梁对称轴和梁的轴线组成的对称平面内，则梁变形时，它的轴线将在此纵向对称平面内弯曲成一条曲线。梁的载荷种类集中载荷Q分布载荷q集中力偶M梁的分类简支梁：一端为固定铰链支座，另一端为活动铰链支座的梁。外伸梁：简支梁的一端或两端伸出支座以外的梁悬臂梁：一端固定，另一端自由的梁称为悬臂梁。第三章弯曲(梁)2.梁的内力剪力：截面被剪断的趋势，剪力大小等于这个截面之左（或右）所有外力的代数和；弯矩：梁的横截面产生转动而弯曲的趋势，梁的任一截面之左（或右）所有外力（包括力偶）对该截面形心之矩的代数和。【重点强调】一般在所求内力的横截面上把内力（Q、M）假设为正号。如果计算结果为正值，则表示假设的内力方向（转向）是正确的，求得的Q、M即为正的剪力和正的弯矩。第三章弯曲(梁)典型力学参量中的符号规定正负号规定序号力学参量符号正号（+）负号（-）1力的投影Fx、Fy与坐标轴正向一致与坐标轴负向一致2力矩Mo(F)逆时针旋转顺时针旋转3力偶矩m(F，F’)逆时针旋转顺时针旋转4轴力N拉伸压缩5正应力σ拉应力压应力6剪应力τ使物体顺时针转动使物体逆时针转动7弯矩M使截面临近微段上凹下凸使截面临近微段下凹上凸8剪力Q截面临近微段顺时针转动截面临近微段逆时针转动9挠度y与坐标轴正向一致与坐标轴负向一致10转角θ逆时针旋转顺时针旋转第三章弯曲(梁)3.梁的剪力图与弯矩图剪力图：描绘剪力Q沿梁轴线x变化规律的图形；弯矩图：描绘弯矩M沿梁轴线x变化规律的图形。剪力图与弯矩图的做法：求梁的支座反力；分段列出剪力方程和弯矩方程；画图：选择适当的比例尺，以横截面位置x为横坐标，以剪力Q或弯矩M为纵坐标，按所列方程分段画出Q图或M图。[规定]一般将正的剪力或正的弯矩画在x轴的上方，负的剪力或负的弯矩画在x轴的下方。第三章弯曲(梁)［例题］已知梁的载荷F=10kN，q=10kN／m，b=1m，a=0.4m，列出梁的剪力、弯矩方程，并做出剪力、弯矩图。解：⑴画受力图，列平衡方程，求支反力；NB=1kNNc=19kN⑵利用截面法分别列出AC、CB段的剪力和弯矩方程；AC段：Q(X)=-10M(X)=-10X(0≤X0.4)CB段：Q(X)=13-10XM(X)=-5X2+13X-8.4(0.4X≤1.4)⑶画出剪力图和弯矩图ACBFqabAFACFNcQ1(X)M1(X)XQ2(X)M2(X)XACBFqNcNBACBFqabAFACFNcQ1(X)M1(X)XQ2(X)M2(X)XACBFqNcNBACBFqabAFACFNcQ1(X)M1(X)XQ2(X)M2(X)XACBFqNcNBACBFqabAFACFNcQ1(X)M1(X)XQ2(X)M2(X)XACBFqNcNBACBFqabAFACFNcQ1(X)M1(X)XQ2(X)M2(X)XACBFqNcNBACBFqabAFACFNcQ1(X)M1(X)XQ2(X)M2(X)XACBFqNcNB第三章弯曲(梁)4.梁的弯曲应力三个假设⑴平面截面假设：梁变形前横截面是平面，变形后仍保持为平面，且仍然垂直于变形后的梁轴线，只是绕截面内的某一轴线旋转了一个角度。它是建立梁横截面上正应力计算式的基础。⑵纤维互不挤压假设：纵向纤维只受到轴向拉伸或压缩，它们之间没有相互挤压，梁的横截面上只产生拉应力或压应力，而无剪应力。由于拉（压）应力都垂直于横截面，故为正应力。⑶纵向纤维的变形（伸长或缩短）与它到中性层的距离有关，在横截面的同一高度处，梁的纵向纤维的变形是相同，与它在横截面宽度上的位置无关。弯曲应力公式zIMy第三章弯曲(梁)5.梁的截面惯性矩惯性矩与横截面的几何形状和尺寸有关，反映横截面的几何性质矩形截面：圆形截面：平行移轴定理：截面对任一轴的惯性矩，等于它对平行于该轴的形心轴的惯性矩，再加上该截面面积与两轴间距离平方的乘积。Iz1=Iz+a2A组合截面：组合截面对某轴的惯性矩等于组成它的各个简单截面对同一轴的惯性矩之和zA2IdAy5h.05h.032A2z12bhbdyydAyI64Dzdyy2I4A2zn1izzzzzin21II...III第三章弯曲(梁)6.梁的弯曲强度公式7.梁的弯曲要解决的三类问题强度校核确定梁的截面形状、尺寸计算梁的许可载荷首先进行静力分析，求解约束反力；其次内力分析画出正确的剪力图和弯矩图，确定危险截面；求解危险截面的最大弯曲应力；利用弯曲强度条件（或其公式的变形）求解问题。][WMzmaxmax第四章应力状态和强度理论1.应力状态⑴单向应力状态：三个主应力中只有一个主应力不为零⑵二向应力状态：三个主应力中有两个主应力不为零⑶三向应力状态：三个主应力均不为零2.广义虎克定律)]([E13211)]([E11322)]([E12133第四章应力状态和强度理论3.强度理论材料破坏的主要形式脆性断裂：材料在未产生明显塑性变形的情况下，就突然断裂塑性屈服：在材料的应力达到屈服极限后，就会产生明显的塑性变形，以致构件不能正常工作四种强度理论最大拉应力理论：材料发生脆性断裂的主要因素是最大拉应力σ1≤[σ]最大拉应变理论：材料发生脆性断裂的主要因素是最大拉应变ε1≤[ε]最大剪应力理论：材料发生塑性屈服破坏的是最大剪应力τmax≤[τ]第四强度理论：材料发生塑性屈服破坏的主要是形状改变比能][)(321][31][])()()[(21213232221第五章化工设备用材料1.材料的性能机械性能：抵抗外力而不产生超过允许变形或不被破坏的能力强度：固体材料在外力作用下抵抗产生塑性变形和断裂的特性屈服点、抗拉强度、蠕变强度、持久强度、疲劳强度塑性：在外力作用下产生塑性变形而不被破坏的能力延伸率、断面收缩率硬度：金属材料抵抗其他更硬物体压入表面的能力布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）、维氏硬度（HV）冲击韧性：材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力（动载）缺口敏感性：在带有一定应力集中的缺口条件下，材料抵抗裂纹扩展的能力，属于材料的韧性范畴。（静载）物理性能：热膨胀性(α)、弹性模量(E)、泊松比(µ)第五章化工设备用材料2.钢材的牌号及表示方法牌号表示原则：国家标准规定，牌号中的化学元素用化学符号或汉字表示，产品的用途、冶炼和浇注方法采用汉字