第一篇：化工設備機械基礎總結

化工設備機械基礎

課程總結

一、課程介紹

1、篇章概述 1）化工機械力學基礎

化工機械力學基礎的任務就是研究構件在外力的作用下的變形和破壞規

律，為設計構件選擇適當的材料和尺寸，以達到強度、剛度和穩定性 要求，使設備滿足適用、安全和經濟的原則，而提供必要的基礎理 論知識。主要從以下兩個方面來學習：

1、研究構件的受力的情況，進行受 力大小的計算；

2、研究材料的力學性能和構件的受力變形與破壞規 律，進行構件強度、剛度或穩定性的計算。2）化工機械材料基礎

化學工業是國名經濟的基礎產業，各種化學生產工藝的要求不盡相 同。如壓力從常壓到高壓甚至到超高壓，溫度從低溫到高溫，以及腐 蝕性、易燃、易爆物料等，是設備所運行的極其復雜的操作條件。由 于不同的生產條件對設備材料有不同的要求，因此，合理選擇材料是 設計化工設備的主要環節。

材料的性能包括材料的力學性能、物理性能、化學性能和加工性能等。力學性能是金屬材料在外力作用下抵抗變形或破壞的能力，如強 度、硬度、彈性、塑性、韌性等。這些性能是化工設備設計中材料選 擇及計算時決定許用應力的依據。

3、壓力容器與化工設備

在化工廠中，可以看到許多設備，有的用來貯存物料，例如各種貯存罐、計量罐、高位槽；有的進行物理過程，例如換熱器、蒸餾塔沉降器、過濾器；有的用來進行化學反應，例如聚合釜、反應器、合成爐。這些設備雖然尺寸大小不一，形態結構各異，內部構件形式更是多種多樣，但是他們都有一個外殼，這個外殼就稱為容器。容器的結構有筒體、封頭、法蘭、人孔、支座、接口管、液面計等。因此，了解各個結構的形式性能，選擇合適的零件，使容器能夠滿足工藝要求至關重要。

4）機械傳動與化工機器

化工生產中，所用的機器種類很多，但任何一部機器都是由原動機、工作機和傳動部分組成的。將原動機的能量能夠有效用于工作機，還需要一個中間環節，即組成傳動機構的傳動裝置。因此，了解傳動是機器能更好的運行時需要的。

2、課程學習目標

（1）掌握對化工設備中的受力構件進行強度、剛度和穩定性計算的基本理論和方法。

（2）能為常用化工設備合理地選擇材料。（3）掌握化工設備通用零部件的選用方法。（4）了解壓力容器監察管理法規。

3、課程特點

我國從上個世紀８０年代開始將分散在不同課程中的機械知識綜合成《化工設備機械基礎》課程，其主要特點有以下幾點：

（１）高度的綜合性 本課程內容包括靜力學、材料力學、化工設備材料、化工容器、化工設備和課程設計，內容十分豐富。

（２）內容的選取著眼于適合化工、輕工等絕大多數非機械類專業的教學要求、針對性強，立足于加強基礎和學以致用。

（３）密切聯系生產實際，實踐性強

二、學習內容總結

第一篇 化工機械力學基礎、通過學習，我對力學的基本概念有了更深入的了解，掌握了力、約束和約束反力、剛體、平衡、力矩、力偶、力的平移、平面力系的簡化和合力矩定理等基本概念；能熟練畫出力物體的受力圖；會列平面力系的平衡方程并求解平衡系統的約束反力；掌握了直桿軸向拉伸及壓縮的內力和應力的求解及直桿軸向拉伸和壓縮時的變形的求解；了解應力集中的概念并掌握了剪切與擠壓的實用計算；掌握了扭轉的概念和實例及扭轉時外力和內力的計算；掌握了圓軸扭轉時的強度條件、變形和剛度條件；掌握了彎曲的概念和實例、剪力和彎矩的求解及會作剪力圖和彎矩圖；掌握了純彎曲時梁橫截面上的正應力概念并會計算慣性矩；掌握了彎曲正應力的強度條件；掌握了純彎曲時梁橫截面上的切應力概念、梁的彎曲變形及高粱彎曲強度和剛度措施。

第二篇 化工機械材料基礎 掌握了廣義虎克定律、強度理論及材料的疲軟性能；掌握了化工機械常用材料，如碳鋼、鑄鐵、低合金鋼、化工設備特種鋼、有色金屬、非金屬材料的成分、牌號、性能及用途；掌握了化工材料的腐蝕與防護及化工材料的防腐設計。

第三篇 壓力容器與化工設備 掌握了容器的結構與分類；掌握了內壓薄壁容器的設計、薄壁容器的幾何特征 及內壓薄壁容器的應力分析；掌握了容器的壓力試驗；掌握了內壓容器封頭的設計；掌握了外壓容器球殼與凸形封頭設計，了解加強圈的作用及結構；掌握了容器零部件，如法蘭、容器支座、開孔補強、接管、視鏡、人孔和手孔、視鏡、設備吊耳；掌握了塔設備，如板式塔、填料塔的結構及用途；掌握了攪拌器類型、如何選用及附件

第四篇 機械傳動與化工機器

了解了帶傳動的類型、結構、特點；了解了齒輪傳動的特點和分類；了解了 蝸桿傳動的組成、特點和類型等等

三、學習感悟

化學工業在國民經濟中占有重要地位，它與農業、工業、國防以及人民的衣 食住行都有極為密切的關系。因為工藝是通過設備實現的，所以化工設備在化學工業中起著相當重要的作用。選擇合理的設備對工藝來說十分重要，因而我們要懂設備，懂設備選型、選材及設備的設計等。這對我們將來要從事的化工方面的工作極為重要。

通過課程總結，我才發現原來在潛移默化中，我學到了這么多的東西。為次，我非常感謝教我們的羅老師。在到山西醫藥化工有限公司實習經歷，讓我深刻的感觸到了，我們所學知識的用處很廣，不同的生產需要不同的滿足生產需要的設備，每個設備的外形、結構、附件都各不同，因此，需要我們了解并掌握機械方面的知識，來為我們的職業服務。在實習廠，我見到了各種法蘭、封頭、人孔、視鏡、反應設備、塔設備、換熱器等，我發覺自己很夠認出它們，并知道它們的作用是什么、怎么選用等等。當親眼見到這些實物時，我不禁想起了課堂上學的點點滴滴，因此，我發自內心的感謝羅老師的教導。

當然我也發現了自己學習中的不足，不能夠將理論跟實踐很好的聯系起來。比如，當看到

第二篇：化工設備機械基礎總結

總結

《化工設備機械基礎》是這學期新開的課，這門課程是一門綜合性的機械類課程。這門課程涉及的內容較廣，目的是獲得基礎力學和金屬材料知識，具備設計常、低壓化工設備和對再用壓力容器進行強度、穩定校核的能力，能夠對通用的傳動零件進行簡單的選型、核算和正常的維護使用，并了解壓力容器監督管理法規，在今后工作中遵守實施。

這本書的內容分為力學基礎、壓力容器和典型化工設備三個部分。這三個部分既有相對獨立性，又有相互之間的聯系，本學期主要學習了壓力容器這部分。

這本書的內容注重課本知識與實際應用的聯系，加強基礎和學以致用。講述的方法適應化工工藝專業，內容深入淺出，還有一定的自學內容，用以提升自學能力。課本的附錄很多，很好的補充了相關的知識，方便學習。

通過這門課的學習，我掌握了桿件、平板、回轉形殼體的基礎力學理論和金屬材料的基礎知識；了解了壓力容器的設計、制作、材料使用和監查管理的有關標準和法規；具備設計、使用和管理中、低壓壓力容器與化工設備的能力。

在學習化工設備機械基礎之前覺得是門較難的學科，不僅有很多的內容，而且還都復雜，實際應用性強。后來學了之后覺得學習化工設備機械基礎應該有自己的方法，勤于思考是學習道路中必不可少的，重視教科書，把其原理、公式、概念、應用等認真思考，不放過細節。對抽象的概念千方百計領悟其意義，適當地與同學老師交流、討論。在交流中摒棄錯誤。勤于應用也很重要，在學習階段要有意識地應用原理，去做好每一道習題，“應用”對加深對原理的理解有神奇的功效，有許多難點是通過解題才真正明白的。做習題不在于多，而在于精。對于典型的題做完后一定要總結和討論。寧肯精做一題，也不馬虎做十題。除此之外，勤于對比與總結，這也是學習的一條捷徑，總結在課程中多次出現的問題，進行總結定會給你豁然開朗的感覺。在總結中會發現，各知識點之間存在著一定的聯系，通過對比，對其相互關系、應用條件等會有更深的理解，初學化工設備機械基礎一定要有自己的筆記本，在課堂上做筆記，在自習時進行總結，并隨時記下自己學習中的問題。只有經歷刻苦學習轉化為自己的東西才是終身有用。

一學期的學習結束了，在這一學期里獲益匪淺，在這門學科里學到了以前學不到的知識，也開闊了我的視野，讓我更好的將知識應用于實際。

第三篇：化工設備機械基礎電子教案

XX教案

20XX

—

20XX學年

第1學期

課程名稱

化工設備機械基礎

授課對象

化工（含化工專升本）

授課教師

職

稱

副教授

教材版本

趙軍《化工設備機械基礎》

參

考

書

XX學院教務處印制

《化工設備機械基礎》教案（首頁）

20XX－20XX學年

第1學期

主講教師

院(系)部

化學化工學院

教研室

化工教研室

職

稱

副教授

學

歷

本科

課程名稱

化工機械基礎

課程類別

專業必修課

課程序號

課程代碼

授課專業

化學工程與工藝

總

學

時

講授

實驗

上機

其它

學

分

課程性質和目的《化工設備機械基礎》是化工工藝類專業一門綜合性的機械類技術基礎課，包括工程力學基礎（靜力學、材料力學）、化工設備設計基礎和機械傳動三大部分。其任務是使學生掌握相關的基本理論、基本知識以及設計的基本方法，為從事化工設備機械的設計、使用、管理和維護打下基礎。具體為：

1、掌握對化工設備中的受力構件進行強度、剛度和穩定性計算的基本理論和方法。

2、能為常用化工設備合理地選擇材料。

3、掌握化工設備通用零部件的選用方法。

4、了解壓力容器監察管理法規。

課程教學基本要求

1、本課程的教學應貫徹應用性原則和重視素質培養原則。要求理論分析與設計方法相結合，理論教學主要是講清概念，學會應用，對數學推導一般不作演繹。要重視分析實例、課堂討論、習題等教學環節，同時將課程內容與生產實習、課程設計、畢業設計相結合，培養學生理論聯系實際的能力。

2、工程力學是課程教學的核心內容，是學好其他部分內容的基礎，應著重抓好。其余教學內容則可根據各專業的特點和安排學時（或學分）的多少選擇講授。對化工工藝專業則要抓好化工設備設計基礎，而機械傳動部分可不作為重點。講課要結合化工行業的實際，并允許對教學內容做必要調整和組合。

3、考核方式以閉卷為主，平時成績在期評成績中應占有一定的比重。

教

材與參考書

1、趙軍等編，《化工設備機械基礎》（第二版），化學工業出版社，2007年；

2、董大勤主編，《化工設備機械基礎》，化學工業出版社，2002年。

3、張新占主編，《工程力學》（上）、（下），西北工業大學出版社，2001年。

4、潘永亮主編，《化工設備機械設計基礎》，科學出版社，1999年；

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第1次課

周次

學

時

授課時間

20XX年X月X日

章節名稱

1.物體的受力分析和靜力平衡方程

1.1靜力學基本概念

1.2約束和約束反力

1.3分離體和受力圖

教學目的與要求

1、使學生掌握力、剛體、平衡等靜力學基本概念。

2、使學生掌握約束和約束反力概念。

3、使學生學會畫受力圖。

重點與難點

重點：1力、剛體、平衡等靜力學基本概念。

2約束和約束反力概念。

3學會畫受力圖。

難點：學會畫受力圖。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

概述

工程力學是一門研究物體機械運動及構件強度、剛度和穩定性的科學。

工程力學的兩個基礎部分：靜力學和材料力學。

為保證構件正常工作，構件應當滿足以下要求：(1)

強度要求

(2)

剛度要求

(3)

穩定性要求

1.1靜力學基本概念

一、力的概念及作用形式

力：物體間相互的機械作用，單位：N，kN，力是矢量，F或F表示，既有大小又有方向

力的三要素：大小，方向，作用點

按力的作用方式分類可分為：表面力和體積力（eg.重力，磁力）

按作用面積大小可分為：集中力和分布力（kN/m）

二、剛體的概念

剛體：在任何情況下都不發生變形的物體。它是抽象化概念，是一種變形很小情況下的理想模型。

靜力學中主要研究物體所受力系的簡化及平衡條件，不研究變形，故可視為剛體。

三、平衡的概念

平衡狀態：物體相對于地球靜止或作勻速直線運動時的狀態。是物體機械運動的特殊情形。并將作用于該物體上的力系稱為平衡力系。

平衡力系：物體處于平衡狀態時的力系。

二力平衡原理（公理）：作用于剛體上的兩個力平衡的必要和充分條件是：這兩個力大小相等，方向相反，并作用在同一直線上（等值、反向、共線）

二力構件：只受兩力作用且處于平衡的構件，特點是：兩力必沿作用點的連線。

加減平衡力系原理（公理）：在作用于剛體上的任何一個力系上，加上或減去任一平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效應。

力的可傳性原理：作用于剛體上的力，可沿其作用線移至剛體內任意一點，而不改變它對剛體的作用效應。故作用于剛體上力的三要素是大小、方向、作用線。

四、作用和反作用定律

作用和反作用定律：兩物體間相互作用的力總是大小相等，作用線相同而指向相反，分別作用在這兩個物體上。（重力與支持力）

作用于與反作用力不能與兩力平衡中的一對平衡力混淆。

1.2約束和約束反力

自由體：能在空間作任意位移的物體，eg.飛機、火箭、衛星等。

非自由體：位移受到某些限制的物體，eg.懸掛著的燈。

主動力：能使物體運動或有運動趨勢的力，eg.重力、電磁力、風力等，工程上也稱為載荷。

約束：阻礙非自由體運動的限制條件，eg.繩索就是燈的約束，鐵軌是火車的約束。

約束反力：約束對物體的作用力，eg.T就是繩索對燈的約束反力。

典型（平面）約束類型：

（1）柔索約束：繩子、鏈條、皮帶、鋼絲等柔性物體。繩索對物體的約束反力，作用點在接觸點，方向沿繩索的中心線，而背離物體。

（2）理想光滑面約束：物體接觸面上的摩擦力相比其他力很小，可忽略不計，這樣的接觸面為光滑面，不能限制切向方向運動，只能限制法向，其約束反力：沿接觸面在接觸點處的公法線且指向物體。

（3）圓柱鉸鏈約束：如圖,只限制兩構件的相對移動，不限制相對轉動，其約束反力為Fx、Fy，即通過銷釘中心，沿接觸點法線方向的約束反力。用圓柱鉸將構件與底座連接起來，構成鉸支座。可分為：

固定鉸支座，如圖1-8a，可動鉸支座，如圖1-9a。

固定端約束：物體的一部分固嵌與另一物體所構成的約束，eg.電線桿等，圖1-20(a)。固定約束反力有三個，FxA、FyA、MA。

1.3分離體和受力圖

分離體：把研究對象從周圍物體的約束中分離出來，成為自由體，此對象即為分離體。

受力圖：單獨畫出物體輪廓，將作用在它上面的主動力與約束反力畫在上面得到的圖。

畫受力圖的步驟：

（1）確定研究對象，并將其從周圍物體的約束中分離出來，即取分離體（先取二力桿）

（2）畫已知力，如外力（載荷），重力等。

（3）畫約束反力。根據約束類型，畫出約束反力。

例：1-1，1-2

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第2次課

周次

學

時

授課時間

20XX年X月X日

章節名稱

1.物體的受力分析和靜力平衡方程

1.4力的投影、合力投影定理

1.5力矩、力偶

1.6力的平移

1.7平面力系的簡化、合力矩定理

教學目的與要求

1、使學生掌握合力投影定理。

2、使學生掌握力矩、力偶和力的平移。

3、使學生掌握力的平移、平面力系的簡化和合力矩定理。

重點與難點

重點：1合力投影定理。

2力矩、力偶和力的平移。

3力的平移、平面力系的簡化和合力矩定理。

難點：力的平移、平面力系的簡化和合力矩定理。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

1.4力的投影

合力投影定理

一、力的投影概念

從力矢量F的兩端AB分別向x軸作垂足a,b，線段?ab稱為力F在x軸上的投影。

二、力在直角坐標軸上投影

力F在x（y）軸上的投影：從力F的起點A，終點B向ox（oy）軸作垂線得垂足a、b，線段ab稱力F在x（y）軸上的投影。

若已知F的大小及其與x軸所夾的銳角α，則有：

力在坐標軸上的投影的特性：a.標量

b.符號，ab與x軸同向為正

c.平行力且等值時在坐標軸上投影相同

d.力平行移動后投影值不變

三、合力投影定律

合力：若一個力對剛體的作用效果與一個力系等效，則此力稱為該力系的合力，該力系中的各個力稱為此合力的分力。

合力投影定律：合力在任意軸上的投影，等于各分力在同一軸上投影的代數和。

1.5力矩

力偶

一、力矩

力矩：力的大小和力臂的乘積。

力偶：大小相等、作用相平行的兩個反向力組成的力系。

力偶矩：力的大小和力偶臂的乘積。

力偶的性質：力偶無合力、力偶與位置無關、力偶矩大小轉向不變時、力偶系可由力偶代替。

二、力偶與力偶矩

力偶作用面：力偶中兩力所在的平面。

力偶臂：兩力作用線間的垂直距離，以d表示。

力偶的特點：對剛體只產生轉動效應而沒有移動效應，力偶不能與一個力等效或平衡，只能被力偶平衡。

力偶矩：以乘積F.d作為度量力偶對物體的轉動效應的物理量，記作m（F，F）或m=+-Fd，力偶矩為代數量，力偶矩轉向為逆時針時為正，單位N·m（kN·m）與力矩同。

力偶中兩力對其作用面內任一點的矩的代數和恒等于力偶矩。

力偶的特性：a.大小轉向不變，力偶可在平面內任意移動或改變F、d的大小。C.力偶可移到與作用平面平行的平面內而不改變其作用效果。

力偶的三要素：力偶矩的大小、轉向、作用平面。

1.6力的平移

力的平移定理：作用在剛體上的力可平行移動到剛體內任一點，但必須同時附加一個力偶，其力偶矩等于原力F對平移點的矩。

1.7平面力系的簡化

合力矩定理

一、平面力系的簡化

平面力系：各力的作用線都分布在同一平面內，既不匯交于同一點，又不完全平行。

平面力系向其作用面內任一點簡化，得到主矢F′R和主矩Mo。

二、平面力系簡化結果討論：

若F′R≠0，Mo=0，則原力系簡化為一個合力F′R，并通過簡化中心的原力系的合力。

若F′R

=0，Mo≠0，則原力系簡化為一個力偶，力偶矩等于原力系對簡化中心的主矩，與簡化中心位置無關。

若F′R≠0，Mo≠0，則此力系可進一步簡化為一個合力，使d=Mo/

F′R，轉移力偶。

若F′R

=0，Mo=0，則原力系為平衡力系

三、合力矩定理

合力矩定理：當平面力系可以合成為一個合力時，則其合力對于作用點內任一點的矩，等于力系中各分力對同一點的矩的代數和。

例：1-3，1-4

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第3次課

周次

學

時

授課時間

20XX年X月X日

章節名稱

1.物體的受力分析和靜力平衡方程

1.8平面力系的平衡方程

1.9空間力系

教學目的與要求

1、使學生掌握平面力系的平衡方程。

2、復習上節學到的力學基本概念，求解平衡系統的約束反力。

重點與難點

重點：平面力系的平衡方程。

難點：利用平面力系的平衡方程求解約束反力。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

1.8平面力系的平衡方程

物體在平面力系作用下處于平衡的充分必要條件：

若主矢量FR′=0，主矩MO=0，則為平衡力系

例1-5

例1-6

例1-7

例1-8

例1-9

求解物體平衡問題的解題方法和步驟：

①

確定研究對象，取分離體，畫受力圖。注意剛體之間作用力與反作用力之間的關系。

②

選取合適的坐標軸，列靜力平衡方程。為例便于計算，坐標軸的方位應盡量與較多的力平行或垂直；矩心盡量選在未知力作用線的交點上。

③

解平衡方程，求解未知力。

1.9空間力系

若作用在物體的力系中各力的作用線不在同一平面內，則稱該力系為空間力系。

一、力在直角坐標軸上的投影

一次投影法

二次投影法

合力投影定理同樣適用于空間力系。

二、力對軸的矩——合力矩定理同樣適用于空間力系。

三、空間力系的平衡方程

公式（1-22）

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第4次課

周次

學

時

授課時間

2011年9月19日

章節名稱

2.拉伸、壓縮與剪切

2.1軸向拉伸與壓縮的概念和實例

2.2軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內力

2.3軸向拉伸或壓縮時橫截面上的應力

2.4軸向拉伸與壓縮時的變形

2.5材料在拉伸和壓縮時的力學性能

2.6拉伸和壓縮的強度計算

教學目的與要求

1、使學生掌握直桿軸向拉伸及壓縮的內力和應力的求解。

2、使學生掌握直桿軸向拉伸和壓縮時的變形的求解。

重點與難點

重點：直桿軸向拉伸及壓縮應力的求解。

難點：直桿軸向拉伸及壓縮應力的求解。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

概述

一、材料力學的基本假設

⑴

連續性假設

⑵

均勻性假設

⑶

各向同性假設

⑷

小變形假設

二、桿件的基本受力與變形形式

①軸向拉伸與壓縮

②剪切

③扭轉

④彎曲

2.1軸向拉伸與壓縮的概念和實例

一、內力的概念

在材料力學中，凡作用在桿件上的載荷和約束反力均稱為外力。桿件受外力而變形時，桿件內部各部分之間的相互作用力稱為內力。

二、截面法

軸力

取構件的一部分為研究對象，利用靜力學平衡方程求內力的方法，稱為截面法。截面法求內力可按以下三個步驟進行：

1)截

沿欲求內力的截面，用假想平面把桿件分成兩部分。

2)代

取其中一部分為研究對象，畫出其受力圖。在截面上用內力代替移去部分對留下部分的作用。

3)求

列出研究對象的靜力平衡方程，確定未知的內力。

2.2軸向拉伸或壓縮時橫截面上的內力

軸向拉伸、軸向壓縮

拉力，符號為正；壓力，符號為負。

2.3軸向拉伸或壓縮時橫截面上的應力

一、應力的概念

應力：單位面積上的內力。

二、軸向拉伸和壓縮時橫截面上的正應力

橫截面上的正應力s可以直接表示為

2.4軸向拉伸與壓縮時的變形

一、縱向變形

單位長度的伸長量來表征桿件變形的程度，稱為線應變或相對變形。

二、胡克定律

胡克定律：當應力不超過比例極限時，則正應力與縱向線應變成正比。

三、橫向變形

在軸向力作用下，桿件沿軸向的伸長（縮短）的同時，橫向尺寸也將縮小（增大）。

四、泊松比

實驗表明，對于同一種材料，當應力不超過比例極限時，橫向線應變與縱向線應變之比的絕對值為常數。比值ν稱為泊松比。

2.5材料在拉伸和壓縮時的力學性能

一、材料在拉伸時的力學性能

1、低碳鋼在拉伸時的力學性能

（1）材料的剛度指標：第Ⅰ階段

彈性階段

（2）材料的強度指標：第Ⅱ階段

屈服階段、第Ⅲ階段

強化階段、第Ⅳ階段

局部變形階段

（3）材料的塑性指標

（4）冷作硬化現象

2、其它材料在拉伸時的力學性能

二、材料在壓縮時的力學性能

2.6拉伸和壓縮的強度計算

一、極限應力、許用應力和安全因數

二、拉伸和壓縮時的強度條件計算

例題2-3、2-4、2-5

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第5次課

周次

學

時

授課時間

2011年9月22日

章節名稱

2.拉伸、壓縮與剪切

2.7應力集中的概念

2.8剪切與擠壓的實用計算

教學目的與要求

1、使學生了解應力集中的概念。

2、使學生掌握剪切與擠壓的實用計算。

重點與難點

重點：1應力集中的概念。2剪切與擠壓的實用計算。

難點：剪切與擠壓的實用計算。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

2.7應力集中的概念

應力集中：等截面直桿應力均勻分布，但當截面有突變時，如有切口、圓孔、螺紋等，應力不再均勻分布，如圖開有圓孔的薄板，應力急劇變化，這種因構件截面尺寸突然變化而引起的局部應力急劇增大的現象稱為應力集中。

2.8剪切與擠壓的實用計算

一、剪切的實用計算

剪力：用截面法沿剪切面截開，可能與截面相切的內力Q，稱為剪力，可用平衡方程求解。

剪應力：對剪切構件用單位面積上平行于截面的內利來衡量內力的集度，單位MPa。

用公式求得的為名義剪應力（實際剪應力在截面上分布不均勻）或平均剪應力。

剪切強度計算

二、擠壓的實用計算

剪切構件除受到剪切外還受到擠壓作用，作用在作用面上的壓力稱擠壓力，用p表示，即壓力的作用面稱擠壓面。

材料的許用擠壓應力。

擠壓面為平面時，擠壓面積Ap等于擠壓面；當擠壓面為圓柱時，擠壓面積Ap為圓柱投影面積。

例2-6

例2-7

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第6次課

周次

學

時

授課時間

2011年9月26日

章節名稱

3.扭轉

3.1扭轉的概念和實例

3.2扭轉時外力和內力的計算

3.3純剪切

3.4圓軸扭轉時的應力

教學目的與要求

1、使學生掌握扭轉的概念和實例。

2、使學生掌握扭轉時外力和內力的計算。

重點與難點

重點：1掌握扭轉的概念和實例。2掌握扭轉時外力和內力的計算。

難點：扭轉時外力和內力的計算

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

3.1扭轉的概念和實例

扭轉是桿件的又一種基本變形形式。

扭轉的受力特點：外力為一組外力偶，且力偶的作用面垂直于桿件的軸線。扭轉的變形特點：桿件的任意兩個橫截面繞軸線相對轉過一個角度，此角稱相對扭轉角φAB，表示截面B對截面A的相對扭轉角。

3.2扭轉時外力和內力的計算

一、外力偶矩的計算

作用于軸上的外力偶矩，通常不是直接給出其數值，而是給出軸的轉速n(r/min)和軸所傳遞的功率P(kW)，這時需要按照理論力學中推導的功率、轉速、力矩三者的關系式來計算外力偶矩的數值，即

（1）

二、扭轉和扭矩圖

用截面法計算軸內力-扭矩T，步驟：截，取，平衡方程求T，畫扭矩圖。

T的符號規定：右手螺旋法則。例：3-1

3.3純剪切

一、薄壁圓筒扭轉時的剪應力

二、剪應力互等定理

τ‘=τ

相互垂直的兩個截面上剪應力成對出現，且數值相等；兩者都垂直于兩平面的交線且方向相背或相知。

剪應力符號判斷

三、剪應變、剪切胡克定律

τ=Gγ，G為剪切彈性模量，MPa，γ，剪應變，無量綱。

3.4圓軸扭轉時的應力

一、變形幾何關系

圓軸扭轉的平面假設：原為平面的橫截面變形后仍保持為平面，只是各橫截面相對地轉過了一個角度。這就是圓軸扭轉的平面假設。

二、應力應變關系

橫截面上任意一點A的剪應力τ與扭矩T及距離OA(=ρ)成正比。

三、靜力學關系

極慣性矩：可推導出圓軸扭轉橫截面上任一點的剪應力τp計算公式：

抗扭截面模量：當ρ=D/2時,，Wt=

Ip/(D/2)

Wt為抗扭截面模量。

（1）空心圓截面極慣性矩

式中α=d/D為橫截面內外徑之比。

扭轉截面系數

（2）實心圓截面

將d=0及α=d/D=0代入上兩式，即可得實心圓截面對形心的極慣性矩和扭轉截面系數分別為：

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第7次課

周次

學

時

授課時間

2011年9月29日

章節名稱

3.扭轉

3.5圓軸扭轉時的強度條件

3.6圓軸扭轉時的變形和剛度條件

教學目的與要求

1、使學生掌握圓軸扭轉時的強度條件、變形和剛度條件。

重點與難點

重點：1掌握圓軸扭轉時的強度條件、變形和剛度條件。

難點：圓軸扭轉時的強度條件、變形和剛度條件。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

3.5圓軸扭轉時的強度條件

前面已經得到,圓軸扭轉時橫截面上的最大剪應力在截面的周邊上.圓軸扭轉時的強度條件為：

塑性材料：[τ]=（0.5~0.6）[σ]

脆性材料：[τ]=（0.8~1.0）[σ]

強度條件公式工程上可用來進行強度校核、截面設計、確定許用載荷。

例：3-2，3-3

3.6圓軸扭轉時的變形和剛度條件

一、圓軸扭轉時的變形

圓軸扭轉變形的標志是兩個橫截面間的相對扭轉角。

相對扭轉角

T扭矩

l-截面間距

GIp抗扭剛度

二、圓軸扭轉時的剛度條件

[θ]：單位長度許用扭轉角（度/米、弧度/米）

例：3-4

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第8次課

周次

學

時

授課時間

2011年10月10日

章節名稱

4.彎曲

4.1彎曲的概念和實例

4.2剪力和彎矩

4.3剪力圖和彎矩圖

教學目的與要求

1、使學生掌握彎曲的概念和實例。

2、使學生掌握剪力和彎矩的求解。

3、使學生掌握作剪力圖和彎矩圖。

重點與難點

重點：1彎曲的概念和實例。2剪力和彎矩的求解3剪力圖和彎矩圖。

難點：剪力和彎矩的求解。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

4.1彎曲的概念和實例

彎曲是工程實際中最常見的一種基本變形形式。

平面彎曲。P49圖4-5，所有外力均垂直于梁的軸線并作用于縱向對稱面，變性后梁的軸線在縱向對稱面內彎曲成一條平面曲線，這種彎曲變形成為平面彎曲，梁可用軸線代替，梁的橫截面形狀如圖4-4等。

4.2剪力和彎矩

用截面法求靜定梁的內力---剪力和彎矩

步驟：

（1）用靜力學方程求支座反力；

（2）用截面法求內力；

例4-1簡支梁受集中力作用

4.3剪力圖和彎矩圖

Q=Q（x）---剪力方程，剪力沿梁變化的曲線為剪力圖

M=M（x）--彎矩方程，彎矩沿梁變化的曲線為彎矩圖

剪力圖和彎矩圖的規律：5個

例4-2

例4-3

例4-4

例4-5

例4-6

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第9次課

周次

學

時

授課時間

2011年10月13日

章節名稱

4.彎曲

4.4純彎曲時梁橫截面上的正應力

4.5慣性矩的計算

教學目的與要求

1、使學生掌握純彎曲時梁橫截面上的正應力概念。

2、使學生掌握慣性矩的計算。

重點與難點

重點：1純彎曲時梁橫截面上的正應力。2慣性矩的計算。

難點：慣性矩的計算。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

4.4純彎曲時梁橫截面上的正應力

梁上一般有內力Q與M，即存在σ與τ，但一般τ為次要因素，主要為σ，故考慮純彎曲。

當梁的橫截面上僅有彎矩而無剪力，從而僅有正應力而無切應力的情況，稱為純彎曲。

一、平面假設和變形幾何關系

梁彎曲時，橫截面上任一點處的正應力與該截面上的彎矩成正比，與慣性矩成反比，并沿截面高度呈線性分布。y值相同的點，正應力相等；中性軸上各點的正應力為零。在中性軸的上、下兩側，一側受拉，一側受壓。距中性軸越遠，正應力越大。

二、物理關系和應力分布

胡克定律

三、靜力學關系

當y=ymax時，彎曲正應力最大，其值為

式中，稱為截面對于中性軸的彎曲截面系數，是一個與截面形狀和尺寸有關的幾何量。

4.5慣性矩的計算

一、簡單截面圖形的慣性矩

1、矩形截面

2、圓形及圓環形截面

二、組合截面圖形的慣性矩、平行移軸公式

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第10次課

周次

學

時

授課時間

2011年10月20日

章節名稱

4.彎曲

4.6彎曲正應力的強度條件

教學目的與要求

1、使學生掌握彎曲正應力的強度條件。

重點與難點

重點：1彎曲正應力的強度條件。

難點：彎曲正應力的強度條件。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

4.6彎曲正應力的強度條件

例題4-8工字鋼的抗彎截面系數查國家標準GB/T706-1988

例題4-9由于橫截面對中性軸不對稱，分別計算B截面和D截面的拉應力

由于許用壓應力與許用拉應力不同，分別計算B截面和D截面的壓應力

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第11次課

周次

學

時

授課時間

2011年10月20日

章節名稱

4.彎曲

4.7梁彎曲時切應力

4.8彎曲變形

4.9提高粱彎曲強度和剛度措施

教學目的與要求

1、使學生掌握純彎曲時梁橫截面上的切應力概念。

2、使學生掌握梁的彎曲變形。

3、使學生掌握提高粱彎曲強度和剛度措施。

重點與難點

重點：提高粱彎曲強度和剛度措施。

難點：梁的剛度校核。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

4.7*梁彎曲時的切應力

幾種常見截面梁上彎曲切應力的大致分布規律及最大切應力。

4.8

彎曲變形

工程中的梁除了要滿足強度條件之外，對彎曲變形也有一定的限制。

根據工程實際中的需要，為了限制或利用構件的變形，必須研究梁的變形規律。

一、撓曲線、撓度和轉角

二、撓曲線的近似微分方程

——梁的撓曲線近似微分方程。求梁變形的方法通常稱為積分法。

三、用疊加法求梁的變形

四、梁的剛度校核：wmax￡[w]

；qmax￡[q]

4.9

提高粱彎曲強度和剛度的措施

一、合理安排梁的受力情況

1.采取適當地分散載荷。2.采用合理布置梁的支座

二、選擇合理的截面形狀

由彎曲正應力強度條件看，梁橫截面的抗彎截面系數Wz越大，粱的強度就越高。工字形或槽形截面最經濟合理，圓形截面最差。從彎曲剛度角度看，在同等截面面積條件下，工字形和槽形截面比矩形和圓形截面有更大的慣性矩，因而可提高梁的彎曲剛度。

作業布置

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第12次課

周次

學

時

授課時間

2011年10月24日

章節名稱

應力狀態分析、強度理論、組合變形

5.1

應力狀態的概念

5.2

平面應力狀態分析

5.3

三向應力狀態簡介、廣義虎克定律

教學目的與要求

1、使學生掌握應力狀態概念和廣義虎克定律。

重點與難點

重點：使學生掌握應力狀態概念和廣義虎克定律。

難點：應力狀態概念。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

5.1

應力狀態的概念一、一點的應力狀態

通過受力構件上一點的所有各個不同截面上應力的集合，稱為該點的應力狀態。

二、主平面和主應力

主平面：單元體上切應力為零的平面，主應力：主平面上的正應力。

單向應力狀態：一點的三個主應力中若只有一個主應力數值不為零［圖5-3（a）］；

二向應力狀態：一點的三個主應力中若有兩個不為零［圖5-3（b）］；

三向應力狀態：一點的三個主應力中若三個都不為零［圖5-3（c）］。

5.2

平面應力狀態分析

σx、σy分別表示作用在x、y軸垂直平面上的正應力。切應力的第一個下標表示其作用面，第二個下標表示其方向（如τxy表示作用在與x軸垂直的平面上且與y軸方向平行的切應力）。根據切應力互等定理，τxy

=

τyx。應力的符號規定同前。

一、任意斜截面上的應力

二、主平面和主應力

極值正應力所在的平面就是切應力τα等于零的平面，即主平面。

由于主平面上的正應力是主應力，所以主應力就是最大或最小的正應力。

三、極值切應力，這說明極值切應力所在平面與主平面成45o角。注意：此處所指的極值切應力是指平面應力狀態下于零應力垂直的各斜截面中的切應力的機制，并不指三向應力狀態下單元體最大切應力。

例：5-2

例：5-3

5.3

三向應力狀態簡介

廣義虎克定律一、三向應力狀態的最大應力

設三向應力狀態的三個主應力為σ1、σ2、σ3。可以證明，過該點所有截面上的最大正應力為σ1，最小正應力為σ3，即

二、廣義胡克定律

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第13次課

周次

學

時

授課時間

2011年10月27日

章節名稱

應力狀態分析、強度理論、組合變形

5.4

強度理論簡介

5.5組合變形的強度計算

教學目的與要求

1、使學生掌握四個強度理論。

2、使學生掌握桿件組合變形時的強度計算。

重點與難點

重點：1使學生掌握四個強度理論。

難點：桿件組合變形時的強度計算。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

5.4

強度理論簡介

一、脆性斷裂理論

1．最大拉應力理論（第一強度理論）

2.最大伸長線應變理論（第二強度理論）

二、塑性屈服理論

1.最大切應力理論（第三強度理論）

2.畸變能密度理論（第四強度理論）

三、強度理論的統一形式

σr

≤[σ]

σr稱為相當應力。它由三個主應力按一定形式組合而成。

例：5-4

5.5

組合變形的強度計算

一、組合變形的概念與實例

工程實際中，一些桿件往同時產生兩種或兩種以上的基本變形，這類變形形式稱為組合變形。

二、拉伸（或壓縮）與彎曲的組合例：5-5

三、彎曲與扭轉的組合例：5-7

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第14次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月6日

章節名稱

疲勞

6.1交變應力的概念

6.2疲勞的概念

6.3

持久極限

6.4

提高構件疲勞強度的措施

教學目的與要求

1、使學生交變應力、疲勞、持久極限等概念及工程現象

2、使學生掌握提高構件疲勞強度的措施

重點與難點

重點：1交變應力、疲勞、持久極限等概念。2提高構件疲勞強度的措施

難點：交變應力、疲勞、持久極限等概念

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

6.1交變應力的概念

交變應力：在工程中，有些構件的應力大小或方向隨時間作周期性變化，這種應力稱為交變應力。

6.2疲勞的概念

疲勞：構件在交變應力下的破壞現象，工程上習慣稱為“疲勞”破壞。

6.3

持久極限

一、材料的持久極限

持久極限：在交變應力作用下，材料經過無數次循環而不發生破壞的最大應力稱為持久極限，也稱為疲勞極限。

二、影響構件持久極限的因素

（1）構件外形的影響

（2）構件尺寸的影響

（3）構件表面質量的影響

三、對稱循環下構件的持久極限

6.4

提高構件疲勞強度的措施

1、減緩應力集中

2、降低表面粗糙度

3、增加表面強度

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第15次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月3日

章節名稱

化工設備設計基礎概述

7.1

容器的結構與分類

7.2

容器機械設計的基本要求

7.3

容器的標準化設計

7.4

化工容器常用金屬材料的基本性能

教學目的與要求

1、使學生掌握容器的結構與分類

2、使學生掌握過程設備常用金屬材料的基本性能

重點與難點

重點：1容器的結構與分類。2過程設備常用金屬材料的基本性能。

難點：金屬材料的基本性能。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

7.1

容器的結構與分類

一、容器的結構

在化工廠和石油化工廠，有各種各樣的設備。這些設備按照它們在生產過程中的原理，可以分為反應設備、換熱設備、分離設備和儲運設備。

二、容器的分類

容器通常可按容器的形狀、容器厚度、承壓性質、工作溫度、支承形式、結構材料及容器的技術管理等進行分類。

7.2容器機械設計的基本要求

容器的總體尺寸（例如反應釜釜體容積的大小，釜體長度與直徑的比例，傳熱方式及傳熱面積的大小；又如蒸餾塔的直徑與高度，接口管的數目，方位及尺寸等），一般是根據工藝生產要求，通過化工工藝計算和生產經驗決定的。這些尺寸通常稱為設備的工藝尺寸。

當設備的工藝尺寸初步確定之后，可進行結構、強度設計，設計時應滿足：

①強度②剛度③穩定性④

耐久性⑤密封性⑥節省材料和便于制造⑦方便操作和便于運輸

7.3容器的標準化設計

一、標準化意義

為便于設計，有利于成批生產，提高質量，便于互換，降低成本，提高勞動生產率，我國各有關部門對容器的零部件(例如封頭、法蘭、支座、人孔、手孔、視鏡、液面計等)進行了標準化、系列化工作，許多化工設備(例如貯槽、換熱器、搪玻璃與陶瓷反應器)也有了相應的標準。

二、容器零部件標準化的基本參數

1.公稱直徑

2.公稱壓力

7.4

化工容器常用金屬材料的基本性能

一、力學性能

構件在使用過程中受力超過某一限度時，就會發生塑性變形，甚至斷裂失效。是指材料在外力作用下表現出變形、破壞等方面的特性（如彈性、塑性、強度、硬度、韌性等特性指標）。

1、強度

2、塑性

3、韌性

4、硬度

5、材料在高溫下的力學性能

二、物理性能

相對密度、熔點、熱膨脹系數、導熱系數和導電性等。使用時可查有關手冊。

三、化學性能

材料在所處介質中的化學穩定性，即材料是否會與介質發生化學和電化學反應而引起腐蝕。金屬的化學性能主要是耐腐蝕性和抗氧化性。

四、工藝性能

鑄造性、可鍛性、焊接性、切削加工性、熱處理性能和冷彎性能等。

五、其他性能

1.組織穩定性

2.抗松弛性

3.應變時效敏感性

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第16次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月7日

章節名稱

內壓薄壁容器設計基礎

8.1

回轉殼體的幾何特征

8.2回轉殼體薄膜應力分析

教學目的與要求

1、使學生掌握內壓薄壁容器的設計

2、使學生掌握薄壁容器的幾何特征

重點與難點

重點：1使學生掌握內壓薄壁容器的設計2使學生掌握回轉殼體薄膜應力分析。

難點：回轉殼體薄膜應力分析

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

8.1

回轉殼體的幾何特性

一、基本概念

1.回轉殼體——殼體中間面由直線或平面曲線繞同平面內的固定軸線旋轉一周而形成的殼體。

2.軸對稱——殼體的幾何形狀、約束條件和所受外力都對稱于回轉軸的問題。化工容器就其整體而言，通常屬于軸對稱問題。

（1）中間面——與殼體內外表面等距離的曲面。

內外表面間的法向距離即為殼體厚度。對于薄壁殼體，可以用中間面來表示它的幾何特性。

（2）母線——由平面曲線AB繞回轉軸OA旋轉一周而成，形成中間面的平面曲線AB稱為“母線”。

（3）經線——如果通過回轉軸作一縱截面與殼體曲面相交所得的交線（AB′、AB“）稱為“經線”。顯然，經線與母線的形狀是完全相同的。

（4）法線——通過經線上的一點M垂直于中間面的直線，稱為中間面在該點的“法線”（n），法線的延長線必與回轉軸相交。

（5）緯線——以過N點的法線為母線作圓錐面與殼體中間面正交，得到的交線

（6）第一曲率半徑——中間面上一點M處經線的曲率半徑稱為該點的第一曲率半徑，用R1表示。

（7）第二曲率半徑——通過經線上一點M的法線作垂直于經線的平面，其與中間面相交形成曲線ME，此曲線在M點處的曲率半徑稱為該點的第二曲率半徑，用R2表示。

二、基本假設

假定殼體是完全彈性的，材料具有連續性、均勻性和各向同性。對薄壁殼體，常采用以下兩點假設而使問題簡化。

1.直法線假設——殼體在變形前垂直于中間面的直線段，在變形后仍保持直線，并垂直于變形后的中間面，且直線段長度不變。由此，沿厚度各點的法向位移均相同，變形前后殼體厚度不變。

2.互不擠壓假設——殼體各層纖維變形后均互不擠壓。由此假設，殼壁的法向應力與殼壁其他應力分量相比是可以忽略的小量。

8.2

回轉殼體薄膜應力分析

一、薄膜應力理論的應力計算公式

1．經向應力計算公式

2．環向應力計算公式

二、軸對稱回轉殼體薄膜理論的應用范圍

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第17次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月10日

章節名稱

內壓薄壁容器設計基礎

8.3

典型回轉殼體的應力分析

8.4內壓圓筒邊緣應力的概念

教學目的與要求

1、使學生掌握內壓薄壁容器的應力分析

重點與難點

重點：使學生掌握內壓薄壁容器的應力分析

難點：內壓薄壁容器的應力分析和邊緣應力

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

8.3

典型回轉殼體的應力分析

一、受內壓的圓筒形殼體

對于圓柱殼體，根據薄膜應力理論，其經向應力與環向應力分別為

（8-3）

（8-4）

二、受內壓的球形殼體

球殼的母線是半徑為D/2的半圓周，球殼上任一點的第一曲率半徑R1與第二曲率半徑R2均相同，且等于球殼的平均半徑，即R1

=

R2

=

D/2。由薄膜應力理論可知，其經向應力與環向應力分別為

（8-5）

（8-6）

三、受內壓的橢球殼體

經向應力與環向應力分別為

（8-9）

（8-10）

四、受內壓的錐形殼體

錐形殼體的經向應力與環向應力為

（8-11）

（8-12）

五、承受液體靜壓作用的圓筒殼體

1．沿底部邊緣支承的圓筒

2．沿頂部邊緣支承的圓筒

8.4內壓圓筒邊緣應力的概念

一、邊緣應力的概念

以筒體與封頭聯接為例，若平板蓋具有足夠的剛度，受內壓作用時變形很小。而殼壁較薄，變形量較大，兩者連接在一起，在聯接處(即邊緣部分)筒體的變形受到平板蓋的約束，因此產生了附加的局部應力(即邊緣應力)。邊緣應力數值很大，有時能導致容器失效，設計時應予重視。

二、邊緣應力的特點

（1）局部性

不同性質的連接邊緣產生不同的邊緣應力，但它們都有一個明顯的衰減波特性。

（2）自限性

發生邊緣彎曲的原因是由于薄膜變形不連續。自然，這是指彈性變形。當邊緣兩側的彈性變形相互受到約束，必然產生邊緣力和邊緣彎矩，從而產生邊緣應力。但是當邊緣處的局部材料發生屈服進入塑性變形階段時，上述這種彈性約束開始緩解，因而原來不同的薄膜變形便趨于協調，于是邊緣應力就自動限制。這就是邊緣應力的自限性。

三、對邊緣應力的處理

（1）由于邊緣應力具有局部性，在設計中可以在結構上只作局部處理。

（2）只要是塑性材料，即使邊緣局部某些點的應力達到或者說超過材料的屈服極限，鄰近尚未屈服的彈性區也能夠抑制塑性變形的發展，使塑性區不再擴展，故大多數塑性較好的材料制成的容器

（3）由于邊緣應力具有自限性，屬二次應力，它的危害性就沒有薄膜應力大。

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第18次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月14日

章節名稱

內壓薄壁圓筒和球殼設計

9.1

概述

9.2

內壓薄壁圓筒和球殼強度計算

教學目的與要求

1、使學生掌握內壓薄壁容器的設計

2、使學生掌握薄壁容器的幾何特征

重點與難點

重點：1內壓薄壁圓筒和球殼設計。

難點：1內壓薄壁圓筒和球殼設計。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

9.1

概述

在壓力容器的設計中，一般都是根據工藝要求先確定其內直徑。強度計算的任務就是根據給定的內直徑、設計壓力、設計溫度以及介質腐蝕等條件，設計出合適的厚度，以保證設備能在規定的使用壽命內安全可靠的運行。

9.2

內壓薄壁圓筒和球殼強度計算

一、薄壁圓筒強度計算公式

1、理論計算強度（計算厚度）

2、設計厚度與名義厚度

3、有效厚度

4、壓力容器的最小厚度

二、薄壁球殼強度計算公式

三、設計參數的確定

1、設計壓力

2、計算壓力

3、設計溫度

4、許用應力

5、焊接接頭系數

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第19次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月17日

章節名稱

內壓薄壁圓筒和球殼設計

9.3

容器的壓力試驗

教學目的與要求

1、使學生掌握容器的壓力試驗。

重點與難點

重點：1容器的壓力試驗。難點：無。

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

9.3

容器的壓力試驗

容器在制成以后或檢修后投入生產之前，要進行壓力試驗，其目的在于檢驗容器的宏觀強度和有無滲漏現象，以確保設備的安全與正常運行。

對于需要進行焊后熱處理的容器，應在全部焊接工作完成并經熱處理之后，才能進行壓力試驗和氣密試驗；對于分段交貨的壓力容器，可分段熱處理，在安裝工地組裝焊接，并對焊接的環焊縫進行局部熱處理之后，再進行壓力試驗。

一、試驗壓力

液壓試驗壓力，按下式確定

式中

PT——試驗壓力，MPa，立式容器臥置作液壓試驗時，試驗壓力應為立置時的試驗壓力加液體靜壓力；

p——設計壓力，MPa；

[σ]—試驗溫度下材料的許用應力，MPa；

[σ]t—設計溫度下材料的許用應力，MPa；

氣壓試驗壓力，按下式確定

二、壓力試驗的要求與試驗方法

1.液壓試驗

將容器充滿液體（在容器最高點設排氣口），待容器壁溫與液體溫度相同時緩慢升壓到規定試驗壓力后，保壓時間一般不小于30min，然后將壓力降到規定試驗壓力的80%，并保持足夠長時間以對所有焊縫和連接部位進行檢查，如有漏泄，修補后重新試驗。液壓試驗時，注意事項。

2.氣壓試驗

對不適合作液壓試驗的容器，可采用氣壓試驗。所用氣體應為干燥、潔凈的空氣，氮氣或其他惰性氣體。試驗氣體溫度一般應不低于15℃。試驗程序如下。

3.氣密試驗

容器須經液壓試驗合格后，方可進行氣密試驗。其方法是：首先緩慢升壓至試驗壓力保持10min，然后降至設計壓力，同時進行檢查，氣體溫度應不低于5℃。

器作定期檢驗時，若容器內有殘留易燃氣體存在會導致爆炸時，則不得使用空氣作為試驗介質。

三、壓力試驗前的應力校核

在壓力試驗前，應對試驗壓力下產生的圓筒應力進行校核，即容器壁內所產生的最大應力不超過所用材料在試驗溫度上屈服極限的90%（液壓試驗）或80%（氣壓試驗）。

試驗類型

試驗壓力

強度條件

說明

備注

液壓試驗

立式容器臥置進行水壓試驗時，試驗壓力應取立置試驗壓力加液柱靜壓力。

壓力試驗時，由于容器承受的壓力pT

高于設計壓力p，故必要時需進行強度效核。

氣壓試驗

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第20次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月21日

章節名稱

10內壓容器封頭的設計

10.1

凸形封頭

10.2錐形封頭

教學目的與要求

1、使學生掌握內壓容器封頭的設計

重點與難點

重點：1使學生掌握內壓容器封頭的設計

難點：內壓容器封頭的設計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

內壓容器封頭的設計

容器封頭又稱端蓋，是容器的重要組成部分，按其形狀分為三類：凸形封頭、錐形封頭和平板形封頭。其中凸形封頭包括半球形封頭、橢圓形封頭、碟形封頭（或稱帶折邊的球形封頭）、球冠形封頭（或稱無折邊球形封頭）四種。采用什么樣的封頭要根據工藝條件的要求、制造的難易和材料的消耗等情況來決定。

10.1

凸形封頭

一、半球形封頭

二、橢圓形封頭

三、碟形封頭

四、球冠形封頭

10.2

錐形封頭

1、錐形封頭的結構要求及計算

2、錐形封頭的標準

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第21次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月24日

章節名稱

內壓容器封頭的設計

10.3

平板封頭10.4

封頭的結構特性及選擇

教學目的與要求

目的：1使學生掌握內壓容器封頭的設計

重點與難點

重點：1使學生掌握內壓容器封頭的設計

難點：內壓容器封頭的設計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

10.3

平板封頭

1、圓形平蓋厚度的計算

2、非圓形平蓋厚度的計算

10.4

封頭的結構特性及選擇

從受力情況來看，半球形封頭最好，橢圓形、碟形其次，球冠形、錐形更次之，而平板最差。從制造角度來看，平板最容易，球冠形、錐形其次，碟形、橢圓形更次，而半球形最難；就使用而論，錐形有其特色，用于壓力不高的設備上，橢圓形封頭用作大多數中低壓容器的封頭，平板封頭用作常壓或直徑不大的高壓容器的封頭，球冠形封頭用作壓力不高的場合或容器中兩獨立受壓室的中間封頭，半球形封頭一般用于大型儲罐或高壓容器的封頭。

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第22次課

周次

學

時

授課時間

2011年11月28日

章節名稱

外壓容器設計基礎

11.1

概述

11.2臨界壓力

11.3外壓容器設計方法及要求

教學目的與要求

1、使學生掌握外壓容器設計

重點與難點

重點：1使學生掌握外壓容器設計

難點：外壓容器設計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

11.1

概述

一、外壓容器的失穩

二、圓筒失穩形式的分類

1.周向失穩——圓筒由于均勻徑向外壓引起的失穩叫做周（側）向失穩，周向失穩時殼體斷面由原來的圓形被壓癟而呈現波形，其波數n可以為2，3，4，……，如圖11-1所示。

2.軸向失穩——如果一個薄壁圓筒承受軸向外壓，當載荷達到某一數值時喪失穩定性，但在失去穩定時，仍然具圓形環截面，只是破壞了母線的直線性，母線產生了波形，即圓筒發生了褶皺。

3.局部失穩

失穩現象除上述的周向失穩和軸向失穩兩種失穩之外，還有局部失穩，如容器在支座或其他支承處以及在安裝運輸中由于過大的局部外壓引起的局部失穩。

11.2

臨界壓力

一、臨界壓力

導致筒體失穩的壓力稱為該筒體的臨界壓力，以pcr表示。筒體在臨界壓力作用下，筒壁內存在的壓應力稱為臨界壓應力，以σcr表示。

二、長、短圓筒和剛性圓筒

按照破壞情況，受外壓的圓筒殼體可分為長圓筒、短圓筒和剛性圓筒三種，作為區分所謂長、短圓筒與剛性圓筒的長度均指與直徑Do，有效厚度δe等有關的相對長度，而非絕對長度。

三、臨界壓力的理論計算公式

1．長圓筒

長圓筒的臨界壓力可由圓環的臨界壓力公式推得，即

2．短圓筒

3．剛性圓筒

四、影響臨界壓力的因素

1．筒體幾何尺寸的影響

2．筒體材料性能的影響

3．筒體橢圓度和材料不均勻的影響

五、臨界長度

當圓筒的計算長度L＞Lcr時，屬長圓筒；若L’cr＜L＜Lcr時，屬短圓筒；若L＜L’cr時，屬剛性圓筒。

11.3

外壓容器設計方法及要求

一、設計準則

許用外壓[p]：實踐表明，許多長圓筒或管子一般壓力達到臨界壓力值的l／2～1／3時就可能會被壓癟。此外，考慮到容器有可能承擔大于計算壓力的工況，因此，不允許在外壓力等于或接近于臨界壓力進行操作，必須有一定的安全裕度，使許用壓力比臨界壓力小，即

式中

[p]-許用外壓，MPa；

m-穩定安全系數，m>1。

二、外壓圓筒厚度設計的圖算法

1、算圖的依據

2、外壓圓筒和管子厚度的圖算法

三、外壓圓筒厚度表

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第23次課

周次

學

時

授課時間

2011年12月1日

章節名稱

外壓容器設計基礎

11.4

外壓球殼與凸形封頭的設計

11.5加強圈的作用與結構

教學目的與要求

1、使學生掌握外壓容器設計

重點與難點

重點：1使學生掌握外壓容器設計

難點：外壓容器設計

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

11.4

外壓球殼與凸形封頭的設計

一、外壓球殼的設計

二、外壓凸形封頭的設計

1、受外壓橢圓形封頭

2、碟形封頭

11.5

加強圈的作用與結構

工程實際中，較薄鋼板用來制造較高壓力的外壓容器時，通常在筒體上裝上一定數量的加強圈，利用加強圈對筒壁的支撐作用，可以提高圓筒的臨界壓力，從而提高其工作外壓。

扁鋼、角鋼、工字鋼等都可用以制作加強圈，作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第24次課

周次

學

時

授課時間

2011年12月5日

章節名稱

容器零部件

12.1

法蘭連接

教學目的與要求

1、使學生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

12.1

法蘭連接

一、概述

可拆連接必須滿足下列基本要求：（1）有足夠的剛度，且連接件之間具有必須的密封壓緊力，以保證在操作過程中介質不會泄漏；（2）有足夠的強度，即不因可拆連接的存在而削弱了整個結構的強度，且本身能承受所有的外力；（3）能耐腐蝕，在一定的溫度范圍內能正常的工作，能迅速并多次地拆開和裝配；（4）成本低廉，適合于大批量地制造。

法蘭連接結構是一個組合件，它由一對法蘭，數個螺栓、螺母和一個墊片所組成。

從使用角度看，法蘭可分為兩大類，即壓力容器法蘭和管法蘭。壓力容器法蘭是指筒體與封頭、筒體與筒體或封頭與管板之間連接的法蘭；管法蘭指管道與管道之間連接的法蘭。

二、法蘭連接結構與密封原理

法蘭通過緊固螺栓壓緊墊片實現密封。一般來說，流體在墊片處的泄漏以兩種形式出現，即所謂“滲透泄漏”和“界面泄漏”。滲透泄漏是流體通過墊片材料本體毛細管的泄漏，故除了介質壓力、溫度、粘度、分子結構等流體狀態性質外，主要與墊片的結構和材質有關；而界面泄漏是流體沿著墊片與法蘭接觸而之間的泄漏，泄漏量大小主要與界面間隙尺寸有關。由于加工時的機械變形與振動，加工后的法蘭壓緊面總會存在凹凸不平的間隙，如果壓緊力不夠，界面泄漏即是法蘭連接的主要泄漏來源。

法蘭的整個工作過程可簡單地分為預緊工況與操作工況來分析。

三、法蘭的結構與分類

1．法蘭按接觸面形成分為以下兩類。

（1）窄面法蘭（2）寬面法蘭

2．法蘭按其整體性程度，分為三種形式。

（1）松式法蘭（2）整體法蘭（3）任意式法蘭

3．法蘭的形狀

絕大多數法蘭的形狀為圓盤形或帶頸的圓盤形，也有少量方形、橢圓形法蘭盤。方形法蘭有利于把管子排列緊湊。橢圓形法蘭通常用于閥門和小直徑的高壓管上。

四、影響法蘭密封的因素

1．螺栓預緊力

2．壓緊面（密封面）

（1）平面型壓緊面（2）凹凸型壓緊面（3）榫槽型壓緊面（4）錐形壓緊面（5）梯形槽壓緊面。壓緊面的選用原則，首先必須保證密封可靠，并力求加工容易、裝配方便、成本低。

3．墊片

（1）非金屬墊片（2）金屬墊片（3）金屬-非金屬組合墊片

4．法蘭剛度

5．操作條件

五、法蘭標準及選用

（一）壓力容器法蘭標準

壓力容器法蘭分平焊法蘭和對焊法蘭兩類。

1．平焊法蘭

平焊法蘭又分為甲型平焊法蘭（圖12-12）和乙型平焊法蘭（圖12-13）。甲型與乙型平焊法蘭相比，區別在于乙型平焊法蘭本身帶有一個圓筒形的短節，短節的厚度一般不小于16mm，這個厚度較筒體的厚度大，因而增加了法蘭的剛度。另一方面，甲型的焊縫開V型坡口；乙型的開U型坡口，設備與短節采用對接焊，從這點來看乙型比甲型也具有較高的強度和剛度，因此，乙型可用于較大的公稱直徑和公稱壓力的范圍。

2．對焊法蘭

長頸對焊法蘭是由具有較大厚度的錐頸與法蘭盤構成一體的（圖12-14），進一步增大了法蘭盤的剛度，同時法蘭與設備采用對接焊連接，因此用于更高的壓力PN0.6MPa，1.0MPa，1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，6.4Mpa，直徑DN300～2000mm，溫度一20～450℃。

3．壓力容器法蘭標準的選用

（二）管法蘭標準

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第25次課

周次

學

時

授課時間

2011年12月8日

章節名稱

12容器零部件

12.2容器支座

教學目的與要求

1、使學生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

12.2

容器支座

容器和設備的支座，是用來支承其重量，并使其固定在一定的位置上。在某些場合下支座還要承受操作時的振動，承受風載荷和地震載荷。

容器與設備支座的結構型式很多，根據容器與設備自身的型式，支座可以分成兩大類，即臥式容器支座和立式容器支座。

一、臥式容器支座

臥式容器的支座有三種形式：鞍座、圈座和支腿。

常見的臥式容器和大型臥式貯罐、換熱器等多采用鞍座，它是應用得最為廣泛的一種臥式容器支座。但對于大直徑薄壁容器和真空設備，為增加筒體支座處的局部剛度常采用圈座。小型設備采用結構簡單的支腿。

1．雙鞍式支座及支座標準

采用雙支座時，支座位置的選取一方面要考慮到利用封頭的加強效應，另一方面又要考慮到不使殼體中因荷重引起的彎曲應力過大，所以選取原則如下。

（1）雙鞍座臥式容器的受力狀態可簡化為受均布載荷的外伸梁。

（2）當鞍座鄰近封頭時，則封頭對支座處筒體有加強剛性的作用。

鞍座的結構如圖12-18，它由橫向直立筋板、軸向直立筋板和底板焊接而成，在與設備筒體相連處，有帶加強墊板的和不帶加強墊板的兩種結構，圖12-18為帶墊板的結構。必須設置加強墊板的條件見JB/T4712—1992。加強墊板的材料應與設備殼體材料相同。鞍座的材料（加強墊板除外）為Q235-A·F。

鞍座的底板尺寸應保證基礎的水泥面不被壓壞。根據底板上的螺栓孔形狀不同，又分為F型（固定支座）和S型（活動支座），除螺栓孔處，F型與S型各部分的尺寸相同。在一臺容器上，F型和S型總是配對使用。活動支座的螺栓孔采用長圓形，地腳螺栓采用兩個螺母，第一個螺母擰緊后倒退一圈，然后用第二個螺母鎖緊，以便能使鞍座在基礎面上自由滑動。

鞍座標準分為輕型（A）和重型（B）兩大類，重型又分為BⅠ～BⅤ五種型號，見表12-6。

鞍座標記方法：

2．圈式支座

圈式支座適用的范圍是：因自身重量而可能在支座處造成殼體較大變形的薄壁容器，某些外壓或真空容器，多于兩個支座的長容器。圈座的結構如圖12-16（b）所示。

3．支腿

這種支座由于在與容器相連接處會造成嚴重的局部應力，因此一般只用于小型容器，支腿的結構如圖12-16（c）所示。

二、立式容器支座

立式容器的支座有四種：耳式支座、支承式支座、腿式支座和裙式支座。中、小型直立容器常采用前三種支座，高大的塔設備則廣泛采用裙式支座。

1．耳式支座

耳式支座又稱懸掛式支座，它由筋板和支腳板組成，廣泛用于反應釜及立式換熱器等直立設備上，優點是簡單、輕便，但對器壁會產生較大的局部應力。因此，當設備圈套或器壁較薄時，應在支座與器壁間加一墊板，墊板的材料最好與筒體材料相同，如不銹鋼設備用碳鋼作支座時，為防止器壁與支座在焊接過程中合金元素的流失，應在支座與器壁間加一個銹鋼墊板。圖12-19是帶有墊板的耳式支座。

耳式支座推薦用的標準為JB/T

4725—1992，它將耳式支座分為A型（短臂）和B型（長臂）兩類，每類又有帶墊板和不帶墊板的兩種，不帶墊板的分別以AN和BN表示，見表12-8，表中支座取決于支座允許載荷[Q]和容器公稱直徑DN。

耳式支座的標記方法：

2．支承式支座

對于高度不大的中小型設備，可采用支承式支座。支承式支座已經標準化，它分為A、B兩類，A類由鋼板拼焊而成，B類由鋼管制做，兩類都帶墊板。它的型式特征見表12-10。圖12-21表示1～4號A型支承式支座，圖12-22表示B型支承式支座。

關于支承式支座的其他內容可查閱標準：支承式標準JB/T

4724—1992。

3．腿式支座

腿式支座與支承式支座的最大區別在于：腿式支座是支承在容器的圓柱體部分，而支承式支座是支承在容器的底封頭上。

腿式支座也已經標準化，它的型式特征見表12-11，支座形式見圖12-23。

有關支座的具體形式、尺寸、選用可查閱標準：腿式支座JB/T

4713—1992。

4．裙式支座

裙式支座是高大的塔設備最廣泛采用的一種支座形式。它與前三種支座不同，目前尚無標準。它的各部分尺寸均需通過計算或實踐經驗確定。有關裙式支座的結構及其設計計算可參見JB/T

4710—1992《鋼制塔式容器》。

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第26次課

周次

學

時

授課時間

2011年12月12日

章節名稱

容器零部件

12.3

容器的開孔補強

教學目的與要求

1、使學生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

12.3

容器的開孔補強

一、開孔補強的設計原則與補強結構

1．補強設計原則

（1）等面積補強法的設計原則

這種補強方法，規定局部補強的金屬截面積必須等于或大于開孔所減去的殼體截面積，其含義在于補強殼壁的平均強度，用與開孔等截面的外加金屬來補償削弱的殼壁強度。

（2）塑性失效補強設計原則

一種極限設計的方法，同時又考慮到結構的安定性。其基本點是：開孔容器的接管處達到全域塑性時的極限應力應等于無孔殼體的屈服應力；同時，按彈性計算的最大應力應不超過2σs。

2．補強結構是指用于補強的金屬采用什么樣的結構形式與被補強的殼體或接管連成一體，以減小該處的應力集中。

（1）補強圈補強結構

（2）厚壁管補強結構

（3）整鍛件補強結構

二、適用的開孔范圍

當采用局部補強時，GB

150—1998規定，筒體及封頭上開孔的最大直徑不得超過以下數值：

（1）筒體內徑Di≤1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/2，且d≤520mm（d為開孔直徑，圓形孔取接管內直徑加兩倍厚度附加量，橢圓形或長圓形孔取所考慮平面上的尺寸（弦長，包括厚度附加量）；

（2）筒體內徑Di>1500mm時，開孔最大直徑d≤Di/3，且d≤1000mm；

（3）凸形封頭或球殼的開孔最大直徑d≤Di/2；

（4）錐殼（或錐形封頭）的開孔最大直徑d≤Dk/3，Dk為開孔中心處的錐殼內直徑。

三、不另行補強的最大開孔直徑

容器開孔并非都要補強，因為常常有各種強度富裕量存在。例如實際厚度超過強度需要；焊接接頭系數小于1且開孔位置又不在焊縫上；接管的厚度大于計算值，有較大的多余厚度；接管根部有填角焊縫。所有這些都起到了降低薄膜應力從而也降低了應力集中處的最大應力的作用，也可以認為是使局部得到了加強，這時可不另行補強。

關于不另行補強的最大開孔直徑，GB

150—1998是這樣規定的，殼體開孔滿足下述全部要求時，可不另行補強：

（1）設計壓力小于或等于2.5MPa；

（2）兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計算）應不小于兩孔直徑之和的兩倍；

（3）接管公稱外徑小于或等于89mm；

（4）接管最小厚度滿足表12-12要求。

四、等面積補強的設計方法

所謂等面積補強，就是使補強的金屬量等于或大于開孔所削弱的金屬量。補強金屬在通過開孔中心線的縱截面上的正投影面積，必須等于或大于殼體由于開孔而在這個縱截面上所削弱的正投影面積。具體計算參見GB

150—1998。

五、補強圈標準

補強圈已有標準：JB/T

4736—2002和HG

21506—1992，可參考選用。

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第27次課

周次

學

時

授課時間

2011年12月15日

章節名稱

容器零部件

12.4

容器附件

教學目的與要求

1、使學生掌握容器零部件

重點與難點

重點：1使學生掌握容器零部件

難點：容器零部件的選用

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

12.4

容器附件

容器上開孔，是為了安裝操作與檢修用的各種附件，如接管、視鏡、人孔和手孔等。

一、接管

化工設備上的接管一般分為兩類，一類是容器上的工藝接管，它與供物料進出的工藝管道相連接，這類接管一般較粗，多是帶法蘭的短接管，如圖12-27所示，其接管伸出長度l應考慮所設置的保溫層厚度及便于安裝螺栓，可按表12-13選用，接管上焊縫與焊縫之間的距離應不小于50mm，對于鑄造設備的接管可與殼體一起鑄出，見圖12-28。對于軸線不垂直于殼壁的接管，其伸出長度應使法蘭外緣與保溫層之間的垂直距離不小于25mm，如圖12-29所示。

對于一些較細的接管，如伸出長度較長則要考慮加固。例如低壓容器上DN≤40mm的接管，與容器殼體的連接可采用接頭加固，其結構型式如圖12-30所示。

對于DN≤25mm，伸出長度l≥150mm以及DN=32～50mm，伸出長度l≥200mm的任意方向接管（包括圖12-29所示結構），均應設置筋板予以支撐，位置按圖12-31要求，其筋板斷面尺寸可根據筋板長度按表12-14選取。

另一類是儀表類接管，為了控制操作過程，在容器上需裝置一些接管，以便和測量溫度、壓力及液面等的儀表相連接。此類接管直徑較小，除用帶法蘭的短接管外，也可簡單地用內螺紋或外螺紋管焊在設備上，如圖12-32所示。

二、凸緣

當接管長度必須很短時，可用凸緣（又叫突出接口）來代替，如圖12-33所示。凸緣本身具有加強開孔的作用，不需再另外補強。缺點是當螺栓折斷在螺栓孔中時，取出較困難。

由于凸緣與管道法蘭配用，因此它的聯接尺寸應根據所選用的管法蘭來確定。

三、手孔與人孔

安設手孔和人孔是為了檢查設備的內部空間以及安裝和拆卸設備的內部構件。

人孔和手孔屬于常用部件，已經標準化，目前所用的標準為HG/T21514～21535—2005《碳素鋼、低合金鋼制人孔和手孔》，該標準的適用范圍為公稱壓力0.25～6.3MPa，工作溫度－40～500℃。設計時可以依據設計條件直接選用。

手孔的直徑一般為150～250mm，標準中手孔的公稱直徑有DN150和DN250兩種。手孔的結構一般是在容器上接一短管，并在其上蓋一盲板。標準規定的手孔一共有8種形式，它們是：常壓手孔、板式平焊法半手孔、帶頸平焊法蘭手孔、帶頸對焊法蘭手孔、回轉蓋帶頸對焊法蘭手孔、常壓快開手孔、旋柄快開手孔、回轉蓋快開手孔。圖12-34（a）所示為常壓手孔，（b）為旋柄快開手孔。

當設備的直徑超過900mm時，應開設人孔。人孔的形狀有圓形和橢圓形兩種。橢圓形人孔的短軸應與受壓容器的筒身軸線平行。圓形人孔的直徑一般為400mm，容器壓力不高或有特殊需要時，直徑可以大一些，圓形標準人孔的公稱直徑有DN400、DN450、N500和DN600四種。橢圓形人孔的尺寸為450mm×350mm。

標準中規定的人孔一共有13種形式，它們是：常壓人孔、回轉蓋板式平焊法蘭人孔、回轉蓋帶頸平焊法蘭人孔、回轉蓋帶頸對焊法蘭人孔、垂直吊蓋板式平焊法蘭人孔、垂直吊蓋帶頸平焊法蘭人孔、垂直吊蓋帶頸對焊法蘭人孔、水平吊蓋板式平焊法蘭人孔、水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔、水平吊蓋帶頸對焊法蘭人孔、常壓旋柄快開人孔、橢圓形回轉蓋快開人孔、回轉拱蓋快開人孔。圖12-35所示為水平吊蓋帶頸平焊法蘭人孔。

四、視鏡

視鏡除用來觀察設備內部情況外，也可用做料面視鏡。用凸緣構成的視鏡稱不帶頸視鏡（圖12-36），它結構簡單，不易粘料，有比較寬闊的視察范圍。標準中視孔的公稱直徑有50～150mm五種，公稱壓力達2.5MPa，設計時可選用。

當視鏡需要斜裝或設備直徑較小時，需采用帶頸視鏡（圖12-37），視鏡玻璃是硅硼玻璃，容易因沖擊、振動或溫度劇變破裂，此時可選用雙層玻璃安全視鏡或帶罩視鏡。

視鏡因介質結晶、水蒸氣冷凝影響觀察時，可采用沖洗裝置，如圖12-38所示。

另外，當設備需要時還可采用帶類視鏡（HG/T

21575—1994）和組合式視鏡（HG

21505—1992）。總之，視鏡的形式較多，應根據具體情況選用。

五、液面計

液面計的種類很多，公稱壓力不超過0.07MPa的設備，可以直接在設備上開長條孔，利用矩形凸緣或法蘭把玻璃固定在設備上。對于承壓設備，一般都是將液面計通過法蘭[圖12-39（a）]、活接頭[圖12-39（b）]或螺紋接頭[圖12-39（c）]與設備聯接在一起。在現有標準中，分玻璃板式液面計、玻璃管式液面計（HG

21588～21592—1995）、磁性液位計（HG/T

21584—1995）和用于低溫設備的防霜液面計（HG/T

21550—1993）。圖12-40為普通型磁性液位計。

六、設備吊耳

設備吊耳主要是起吊設備用的，目前已有標準（HG/T

21574—1994），此標準共列入三類（六種型式）吊耳，有頂部板式吊耳（圖12-41），側壁板式吊耳（圖12-42）和軸式吊耳（圖12-43），吊耳的公稱吊重是指一個吊耳所能起吊的最大重量。

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第28次課

周次

學

時

授課時間

2011年12月19日

章節名稱

13帶傳動

14齒輪傳動

15蝸桿傳動

教學目的與要求

1、使學生了解帶傳動的類型、結構和特點

2、使學生了解齒輪傳動的特點和分類

3、使學生了解蝸桿傳動的組成、特點和類型

重點與難點

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

13帶傳動

13.1

帶傳動的類型、結構和特點

14齒輪傳動

14.1

齒輪傳動的特點和分類；

15蝸桿傳動

15.1

蝸桿傳動的組成、特點和類型

作業布置：

課后自我總結分析：

《化工設備機械基礎》教案

序

號

第29次課

周次

學

時

授課時間

2011年12月22日

章節名稱

輪系和減速器

軸、鍵與聯軸器

18軸承

教學目的與要求

1、使學生了解輪系和減速器

2、使學生了解軸、鍵與聯軸器

3、使學生了解軸承

重點與難點

授課方法

與手段

多媒體課堂講授、課堂討論、課后作業。

基本教學內容：

16輪系和減速器

16.1、輪系

16.2、減速器

17軸、鍵與聯軸器

17.1

概述

17.5

平鍵連接

17.6

聯軸器

18軸承

18.1

概述

18.2

非液體摩擦滑動軸承

18.3

滾動軸承

作業布置：

課后自我總結分析：

第四篇：化工設備機械基礎試題庫（重點）

化工設備機械基礎試題庫

一、填空

力學基礎部分

1．在外力的作用下,桿件可產生變形的基本形式為軸向拉、壓、剪切、扭轉、彎曲。

2．就所受外力而言,受剪切直桿與受彎的梁二者之間的區別是受剪橫向外力作用線相距很近、受彎橫向外力作用線相距很遠。

3．從工程意義上講,材料的破壞可分為二類,一類是脆性斷裂破壞,應采用第一或二強度理論解釋其破壞原因；另一類是屈服流動破壞,應采用第三或四強度理論解釋其破壞原因。

化工設備常用材料及防腐

4．碳鋼和鑄鐵都是鐵

塑性材料；而鑄鐵是典型的脆性材料。和碳組成的合金,但是它們卻有非常明顯的性能差別,低碳鋼是典型的5．

碳鋼和鑄鐵都是鐵和碳組成的合金。一般來說,對鋼材性能有害的元素是硫和磷,其有害作用主要表現在硫使鋼材發生熱脆,磷使鋼材發生冷脆。

6．碳鋼和鑄鐵中的主要化學元素除鐵外還有碳2.11%

時為碳鋼；如果組成的合金中碳含量大于2.11%

時為鑄鐵。,如果組成的合金中碳含量小于

7．就鋼材的含碳量而言,制造壓力容器用鋼與制造機器零件用鋼的主要區別是制造容器用低碳鋼,而制造機器零件用中碳鋼。其主要原因是低碳鋼有良好的塑性與焊接性能,中碳鋼可以通過調質提高其綜合機械性能。

薄膜理論

8．從應力角度看,等壁厚、內徑和內壓均相同的球形容器比圓筒形容器具有優越性,二者經向應力相同,而周向（環向）2倍。應力不同,圓筒形容器是球形容器

9．受氣體內壓的錐形殼體,殼體上的薄膜應力隨距錐頂經向距離的增大而增大,錐頂處應力為零,最大應力位于錐底處。

10．標準橢圓形封頭的長、短半軸之比等于2,這種封頭的最大拉應力位于橢圓殼體的頂點處,最大壓應力位于殼體的赤道。

11．標準橢圓形封頭最大拉應力位于橢圓殼體的頂點處,位于殼體的赤道出現經向的最大壓應力,其絕對值與最大拉應力值相等。

12．邊緣應力的兩個基本特征是局部性,自限性。

13．圓錐殼與圓柱殼的連接點A處圓錐殼的第一主曲率半徑為,第二主曲率半徑為。

錐頂處B點的第一主曲率半徑為,第二主曲率半徑為。

壓力容器設計

14．我國鋼制壓力容器常規設計所遵循的國家標準是GB150-1998《鋼制壓力容器》。的名稱是《鋼制壓力容器》GB150-1998。,標準號是

16．對于用鋼板卷焊

15．我國鋼制壓力容器常規設計所遵循的國家標準的壓力容器筒體,用它的內徑作為其公稱直徑,如果壓力容器筒體是用無縫鋼管直接截取的,規定用鋼管的外徑作為其公稱直徑。

17．鋼板卷制的容器的公稱直徑是其內徑,鋼管制作的容器的公稱直徑是其外徑；管子的公稱直徑既不是管子的內徑也不是管子的外徑,而是與管子外徑相對應的一個數值。

18．殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度,對于碳素鋼、、低合金鋼制壓力容器,不小于3mm；對于高合金鋼制壓力容器不小于2mm。

19．金屬材料的腐蝕按破壞的形式分為均勻腐蝕與非均勻腐蝕,其中均勻腐蝕在容器設計階段考慮腐蝕裕量即可保證容器強度。

20．計算壓力Pc,設計壓力P,最大工作壓力Pw與安全閥的起跳壓力Pk,四者之間的關系應該是Pc≥P≥Pk≥Pw。

21．設計壓力P,最大工作壓力Pw,安全閥的起跳壓力Pk與允許最大工作壓力[P],四者之間的關系應是[P]≥P≥Pk≥Pw。

22．壓力容器的主要受壓元件有壓力容器筒體、封頭（端蓋）、人孔法蘭、人孔接管、開孔補強圈、設備法蘭、換熱器的管板和換熱管、膨脹節、M36以上的設備主螺栓、公稱直徑大于250mm的接管及管法蘭等。（選5個）

23．進行壓力容器零部件的機械設計應滿足強度、剛度、穩定性、耐久性、氣密性、節約材料和便于制造、運輸、安裝、操作及維修均應方便等要求。（選5個）

24．鋼制圓筒形容器Di=2000mm,內壓P=0.2Mpa,材料[σ]t=113Mpa,φ=1,則容器的最小壁厚δmin應為3mm。

25．圖紙標注的容器殼體壁厚指的是名義厚度δn,可以用來承受介質壓力的厚度是有效厚度δe。

標準零部件選用

26．壓力容器用法蘭有甲型平焊、乙型平焊、長頸對焊三種結構型式。

27．壓力容器開孔補強結構主要有補強圈補強、厚壁管補強、整鍛件補強三種。

28．中低壓法蘭密封面形式常用的有平面型、凹凸型、榫槽型三種。

29．中壓容器的壓力范圍是1.6MPa≤P<10Mpa。

二、回答下列問題

1.加強圈和補強圈的作用有什么不同？

加強圈用來縮短外壓容器的計算長度,提高外壓容器的抗失穩能力,而補強圈用來

進行開孔撲強,降低開孔接管處的應力集中系數。

2.標準橢圓形封頭在承受內壓時規定其δe≥0.15%Di,為什么？

標準橢圓形封頭在承受內壓時,在赤道處產生環向壓縮薄膜應力,如封頭的厚度過薄,封頭在赤道處可能被壓出褶皺,發生失穩。為避免失穩現象發生,規定其δe≥0.15%Di。

3.什么是金屬材料的高溫蠕變現象？

金屬材料在高溫時,在一定的應力下,應變隨時間延續而增加,逐漸產生塑性變形的現象。

4.等面積補強法的原則是什么？

處于有效補強范圍內的可起補強作用的金屬截面積等于或大雨開孔所削去的殼體承壓所需的理論截面積。

5.什么是“18-8”鋼的晶間腐蝕？

“18-8”鋼在450℃-850℃短時加熱時,晶間處C與Cr發生反應,而晶粒內部的Cr來不及向晶界擴散,使晶界成為

“貧Cr區”,其含量低于鈍化所需的最低含Cr量（12.5%）,從而在腐蝕介質中,晶界處被腐蝕。這種現象稱為“18-8”鋼的晶間腐蝕。

6.利用彎曲正應力的分布規律解釋為什么等橫截面積、等高的工字梁比矩形截面梁承彎更合理？

彎曲正應力沿截面高度線性分布,在中性軸上各點的正應力為零,離中性愈遠處正應力愈大,在等橫截面積、等高的前提下工字梁與矩形截面梁相比,中性軸附近的金屬截面積小,而離中性軸較遠處的金屬截面積大。因此工字梁比矩形截面梁承彎更合理。

一、填空題

1、鋼板卷制的筒體和成型封頭的公稱直徑是指它們的（內）徑。

2、無縫鋼管做筒體時，其公稱直徑是指它們的（外）徑。

3、受外壓的長圓筒，側向失穩時波形數n=（2）；短圓筒側向失穩時波形數為n>（2）的整數。

4、現行標準中規定的標準手孔的公稱直徑有DN（150）mm和DN（250）mm兩種。

5、防腐（發生什么腐蝕？有何措施）P37~446、薄膜理論：P697、自支撐式塔設備設計時，除了考慮操作壓力以外，還必須考慮（自重載荷）、（風載荷）、（地震載荷）、（偏心載荷）等載荷。

8、橢圓形封頭（標準橢圓形封頭怎樣定義？）K=1。P100-101

16Mn

R

16:

0.16%含碳量，Mn:合金元素

R：容器鋼

Q235-A·F

F：沸騰鋼

Q:鋼材屈服點

Q235-A

A:甲類鋼

20g

g:鍋爐鋼

二、判斷題

三、名詞解釋

1、薄壁容器：容器的壁厚與其最大截面圓的內徑之比小于0.1的容器。

2、鎮靜鋼：

鎮靜鋼在用冶煉時用強脫氧劑

Si,Al等完全脫氧脫氧，是脫氧完全的鋼。把FeO中的氧還原出來，生成SiO2和Al2O3。鋼錠膜上大下小，澆注后鋼液從底部向上，向中心順序地凝固。鋼錠上部形成集中縮孔，內部緊密堅實。

3、沸騰鋼：沸騰鋼在冶煉時用弱脫氧劑Mn脫氧，是脫氧不完全的鋼。其錠模上小下大，澆注后鋼液在錠模中發生自脫氧反應，放出大量CO

氣體，造成沸騰現象。沸騰鋼錠中沒有縮孔，凝固收縮后氣體分散為很多形狀不同的氣泡，布滿全錠之中，因而內部結構疏松。

4、屈服點：金屬材料發生屈服現象的應力，即開始出現塑性變形的應力。它代表材料抵抗產生塑性變形的能力。

5、薄膜理論：薄膜應力是只有拉壓正應力沒有彎曲正應力的一種兩向應力狀態，也稱為無力矩理論。

6、缺口敏感性：材料由于存在缺口所引起的局部應力集中導致其名義“強度”降低的程度。

7、線膨脹系數：指溫度每變化1℃材料長度變化的百分率。

8、強度：是固體材料在外力作用下抵抗產生塑性變形和斷裂的特性。

9、壓力容器：是一種能夠承受壓力載荷的密閉容器。（又分：固定式容器和移動式容器）

10、公稱直徑：指標準化以后的標準直徑。

四、簡答題

1、管子和管板連接方式有哪些？有何優缺點？P1992、生產中采取什么措施進行溫度補償？P2143、化工過程開發有哪些方法？

A、相似放大法

B、逐級經驗放大法C、數學模擬放大法D、部分解析法

第五篇：化工設備機械基礎概念總結(自己總結的)

鋼、鐵固態下加熱、保溫和不同的冷卻方式，改變金相組織以滿足所要求的物理、化學與力學性能，稱為熱處理.退火：把鋼（工件）放在爐中緩慢加熱到臨界點以上的某一溫度，保溫一段時間，隨爐緩慢冷卻下來的一種熱處理工藝。目的：消除組織缺陷、降低硬度、提高塑性、便于冷加工、消除內應力、防止工件變形。正火是把鋼（工件）放在爐中緩慢加熱到臨界點以上的某一溫度，保溫一段時間，置于空氣中冷卻。目的：細化晶粒，提高韌性，有比退火為高的強度與硬度。正火與退火不同之處，在于正火是將加熱后的工件從爐中取出置于空氣中冷卻。鑄、鍛件切削加工前一般進行退火或正火。淬火是把鋼（工件）放在爐中緩慢加熱至淬火溫度(臨界點以上30℃～50℃)，并保溫一段時間，后投入淬火劑中冷卻。淬火后得到的組織是馬氏體。增加硬度、強度和耐磨性。淬火劑有空氣、油、水、鹽水，冷卻能力遞增.碳鋼在水和鹽水中淬火，合金鋼在油中淬火.回火是淬火后進行的一種較低溫度的加熱與冷卻熱處理工藝。回火可以降低或消除零件淬火后的內應力，提高韌性。在150℃～250℃范圍內的回火稱“低溫回火”。目的不降低硬度消除內應力。刃具、量具，要進行低溫回火處理。中溫回火溫度是300℃～450℃。目的消除內應力降低硬度提高彈性。彈簧、刀桿、軸套等進行中溫回火。高溫回火溫度為500℃～680℃。調質處理：淬火后的高溫回火。目的獲得較高的綜合機械性能。用于各種軸類零件、連桿、齒輪、受力螺栓等。時效熱處理：材料經固溶處理或冷塑變形后，在室溫或高于室溫條件下，其組織和性能隨時間而變化的過程。時效可進一步消除內應力，穩定零件尺寸，它與回火作用相類似.“蠕變”現象： 高溫高壓的蒸汽管道下撓變形；高溫高壓下法蘭及螺栓蠕變變形而泄漏；鉛絲在常溫下受重力作用而變長變細。“蠕變強度”：材料在高溫下，抵抗發生緩慢塑性變形的能力，以sn 表示，單位MPa。“鐵碳合金”由95％以上鐵和0.05％～4％碳及1％左右雜質元素所組成合金。含碳量0.02％～2％稱為鋼；含碳量大于2％稱為鑄鐵；含碳量小于0.02％時稱純鐵(工業純鐵)；含碳量大于4.3％的鑄鐵極脆.鐵在910oc以上是具有面心立方結構的γ－Fe;鐵在910oc以下是具有體心立方結構的α－Fe.碳溶解在a-Fe中形成固溶體稱鐵素體。a-Fe原子間隙小，溶碳能力低（最大溶解度不超過0.02％），強度和硬度低，但塑性和韌性很好。低碳鋼是含鐵素體的鋼，具有軟而韌的性能。室溫時，鋼的組織中只有鐵素體，沒有奧氏體。碳溶解在g-Fe鐵中形成固溶體稱奧氏體。g-Fe原子間隙較大，碳的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃時可溶解0.8％，在1147℃時可達最大值2.06％。奧氏體組織是在a-Fe發生同素異構轉變時產生的。由于奧氏體有較大的溶解度，故塑性、韌性較好，且無磁性。硫 有害元素。FeS和 Fe形成低熔點(985℃)化合物。鋼材熱加工1150～1200℃，過早熔化而導致工件開裂，稱“熱脆”,磷 有害元素。雖能使強度、硬度增高，但塑性、沖擊韌性顯著降低。氧有害元素FeO、MnO、SiO2、Al2O3，使強度、塑性降低。尤其是對疲勞強度、沖擊韌性等有嚴重影響。氮:長時間放置或在200～300℃加熱氮以氮化物形式的析出，硬度、強度提高，塑性下降，發生時效。氫: 有害元素來源——鋼由高溫奧氏體冷至常溫時，氫的溶解度降低，來不及到鋼的表面逸出而積聚，并產生高壓力，在鋼材內產生“白點”。——裂紋源.按用途：建筑及工程用鋼、結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼和特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼）按含碳量：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼;按脫氧方式：鎮靜鋼和沸騰鋼;按品質：普通鋼、優質鋼和高級優質鋼,Q235-A，屈服強度數值（MPa）普通碳素鋼 質量等級A，B，C，D。脫氧方法為F，b，Z，TZ。化工壓力容器用鋼一般選用鎮靜鋼。普通碳素鋼有 Q195、Q215、Q235、Q255及 Q275五個鋼種。鑄鐵可分為灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。按合金元素總含量分:合金含量<5%，低合金鋼,合金含量5%-10%，合金鋼,合金含量>10%，高合金鋼.鉻 提高耐腐蝕性能和抗氧化性能。含量達到13％時，能使鋼的耐腐蝕能力顯著提高，并增加鋼的熱強性。提高鋼的淬透性，顯著提高鋼的強度、硬度和耐磨性，但使塑性和韌性降低。提高強度、高溫疲勞強度、耐熱性及耐H2S等介質的腐蝕性。硅含量增高會降低鋼的塑性和沖擊韌性。鋁強脫氧劑，顯著細化晶粒，提高沖擊韌性，低冷脆性。提高抗氧化性和耐熱性，對抵抗H2S介質腐蝕有良好作用。價格便宜，在耐熱鋼中常以它來代替鉻。專業用鋼鍋爐用鋼，壓力容器用鋼、焊接氣瓶用鋼等。在鋼號后面分別加注 g、R或HP等，如20g、16MnR和15MnVHP等。特殊性能鋼:不銹鋼、耐熱鋼和高溫合金及低溫用鋼.通常按鋼的金相組織分為鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等.防止晶間腐蝕的方法降低含碳量 <0.06%時不易產生，<0.03%時可靠地克服，超低碳不銹鋼，如00Cr19Nil0 2）穩定碳原子，加入Ti，Nb，V，Mo穩定劑，廣泛用，0Cr18Nil0Ti、0Cr18NillNb3）形成雙相組織，加入鐵素體促成元素Ti，Al，Si，Mo，鐵素體含鉻高、補充快，5%以內，阻斷腐蝕通路。4)控制熱規范，快速加熱和冷卻，或非常緩慢。5）補充熱處理穩定化退火（免疫處理）壓力容器用鋼的基本要求: 較高的強度良好的塑性、韌性、制造性能和與介質相容性.壓力容器設計中，常用的強度判據包括抗拉強度бb 屈服點бs 持久極限,蠕變極限,疲勞極限б-1常用的塑性判據:斷面收縮率,延伸率δ5常用的韌性判據:沖擊吸收功Akv ,韌脆轉變溫度，斷裂韌性。壓力容器用非金屬材料要求：除要求有良好的耐腐蝕性外，還應有足夠的強度，好的熱穩定性，良好的加工制造性能。氫腐蝕：氫氣在較低溫度和壓力(＜200℃，＜5.0MPa)下；對普通碳鋼及低合金鋼不會有明顯的腐蝕，但是；在高溫高壓下則會對它們產生腐蝕，結果使材料；的機械強度和塑性顯著下降，甚至損壞，這種現；象常稱為“氫腐蝕”。晶間腐蝕：發生在晶界，晶粒之間結合力下降，與元素Cr的含量有關。應力腐蝕：金屬在腐蝕介質和拉應力，的共同作用下產生的一種，破壞形式。腐蝕與拉應力，起互相促進的作用，金屬設備的防腐措施襯覆保護層 金屬保護層、非金屬保護層 電化學保護 陰極保護(犧牲陽極保護)、陽極保護添加緩蝕劑 緩蝕劑要求嚴格，必須根據設備所處的具體操，塔的迎風面受到風壓載荷，并隨高度而增加。基本假設：小位移假設，直法線假設不擠壓假設。自重載荷，風載荷，地震載荷，偏心載荷。