化工設(shè)備基礎(chǔ)復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、力的平移定理力的平移定理：雖然力與力偶都是基本物理量，這二者不能相互等效代替，但是一個(gè)力卻可以用一個(gè)與之平行且相等的力和一個(gè)附加力偶來(lái)等效代替。反之，一個(gè)力和一個(gè)力偶也可以用另一個(gè)力來(lái)等效代替。 剛體的概念：在討論力的外效應(yīng)時(shí)，可以把實(shí)際變了形的物體，看成是不發(fā)生變形的剛體。剛體。柔性約束柔性約束 ：光滑接觸面約束：光滑接觸面約束：鉸鏈約束：（固定鉸鏈支座約束、活動(dòng)鉸鏈鉸鏈約束：（固定鉸鏈支座約束、活動(dòng)鉸鏈支座約束）支座約束）固定端約束：固定端約束： 1.強(qiáng)度：構(gòu)件抵抗破壞的能力；2.剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力；3.穩(wěn)定性：構(gòu)件維持自身幾何形狀的力。桿件變形的基本形式有以下幾種: (1)拉伸：拉

2、伸：當(dāng)桿件受到作用線與桿的軸線重合的大小相等、方向相反的兩個(gè)拉力作用時(shí)，桿件將產(chǎn)生沿軸線方向的伸長(zhǎng)。這種變形稱(chēng)為拉伸變形。 壓縮壓縮 ：當(dāng)桿件受到作用線與桿的軸線重合的大小相等、方向相反的兩個(gè)壓力作用時(shí)，桿件將產(chǎn)生沿軸線方向的縮短。這種變形稱(chēng)為壓縮變形。 (2) 彎曲：彎曲： 當(dāng)桿件受到與桿軸垂直的力作用(或受到在通過(guò)桿軸的平面內(nèi)的力偶作用)時(shí)，桿的軸線將變成曲線。這種變形稱(chēng)為彎曲變形。 (3) 剪切剪切 ：當(dāng)桿件受到作用線與桿的軸線垂直，而又相距很近的大小相等、方向相反的兩個(gè)力作用時(shí)，桿上兩個(gè)力中間的部分，各個(gè)截面將互相錯(cuò)開(kāi)。這種變形稱(chēng)為剪切變形。 (4) 扭轉(zhuǎn)：扭轉(zhuǎn)： 當(dāng)桿件受到在垂直于桿

3、軸平面內(nèi)的大小相等、轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)力偶作用時(shí)，桿件表面的縱線(原來(lái)平行于軸線的縱向直線)扭歪成螺旋線。這種變形稱(chēng)為扭轉(zhuǎn)變形。 變形的度量AQpA0limt泊松比：材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)彈性階段0tanEAPLLEE拉伸虎克定律：屈服階段、屈服極限強(qiáng)化階段、強(qiáng)度極限鑄鐵在壓縮試驗(yàn)時(shí)所顯示的機(jī)械性能的最大特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度 高?？估瓌偠?剪切虎克定律剪切虎克定律xtanxG)1 (2EG反映材料機(jī)械性能的主要指標(biāo)是：反映材料機(jī)械性能的主要指標(biāo)是： 1.強(qiáng)度性能，用屈服極限強(qiáng)度性能，用屈服極限 和強(qiáng)度極限和強(qiáng)度極限 來(lái)表示，來(lái)表示，反映材料抵抗破壞的能力。反映材料抵抗破壞的能力。 2.彈

4、性性能，用彈性模量彈性性能，用彈性模量E來(lái)表示，反映材料抵抗彈來(lái)表示，反映材料抵抗彈性變形的能力。性變形的能力。 3.塑性性能，用延伸率塑性性能，用延伸率d d和截面收縮率和截面收縮率y y來(lái)表示，反來(lái)表示，反映材料具有的塑性變形的能力。映材料具有的塑性變形的能力。sb低溫對(duì)材料機(jī)械性能的影響低溫對(duì)材料機(jī)械性能的影響受拉、壓與受剪切構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算maxmax NA安全系數(shù)： 1.在強(qiáng)度條件中有些量的本身就存在著主觀考慮與客觀實(shí)際間的差異。 2.給構(gòu)件以必要的強(qiáng)度儲(chǔ)備 。剪切、擠壓強(qiáng)度計(jì)算=QA jyyyAPjjjy=直梁的彎曲 簡(jiǎn)支梁，外伸梁簡(jiǎn)支梁，外伸梁 ，懸臂梁懸臂梁 梁橫截面上的內(nèi)力梁橫

5、截面上的內(nèi)力剪力與彎矩剪力與彎矩 梁彎曲時(shí)橫截面上的正應(yīng)力及正應(yīng)力的分梁彎曲時(shí)橫截面上的正應(yīng)力及正應(yīng)力的分布規(guī)律布規(guī)律b梁截面合理形狀的選擇zzmaxIW =y2zI = y dA一臥式貯耀，內(nèi)徑為1600mm，壁厚20mm，封頭高H=450mm；支座位置如圖，L=8000mm，a=1000mm。內(nèi)貯液體，包括貯罐自重在內(nèi)，可簡(jiǎn)化為單位長(zhǎng)度上的均布載荷q=28Nmm。簡(jiǎn)化圖如(b)。求罐體上的最大彎矩和彎曲應(yīng)力。 圓軸的扭曲 攪拌軸的三項(xiàng)功能：1）傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 2）傳遞扭轉(zhuǎn)力偶矩 3）傳遞功率nPm9550剪應(yīng)力互等定理剪應(yīng)力互等定理dxtdy()()t yxt xydddd微元體微元體 單元

6、體單元體剪應(yīng)力分布規(guī)律 R WMTmax扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件扭轉(zhuǎn)的剛度條件扭轉(zhuǎn)的剛度條件基本變形小結(jié) 一、五種基本變形 1.受力特點(diǎn)： 2.變形特點(diǎn)： 拉、壓、彎曲是尺寸變化的線應(yīng)變；剪切和扭轉(zhuǎn)是形狀變化的角應(yīng)變。 dxdxxxxxdd0limdydyyyyydd0limdzdzzzzzdd0limxxtan虎克定律與剪切虎克定律：GE二、外力與內(nèi)力外力采用靜力學(xué)中力與力矩的平衡條件求。內(nèi)力用截面法求：軸力沿桿軸線方向、剪力垂直于桿軸線、扭矩作用面垂直于軸線、彎矩作用在縱向?qū)ΨQ(chēng)面內(nèi)。 習(xí)題1. 試用截面法求各桿件所標(biāo)出的橫截面上的內(nèi)力和應(yīng)力以及內(nèi)力和應(yīng)力以及總伸長(zhǎng)量總伸長(zhǎng)量。桿的橫截面

7、面積A為250mm2，P=10KN。習(xí)題2習(xí)題3三、內(nèi)力與應(yīng)力 通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，找到變形規(guī)律，結(jié)合虎克定律，確定橫截面上應(yīng)力的分布規(guī)律。有均勻分布和線性分布兩種。 軸力橫截面均布的正應(yīng)力； 剪力橫截面剪應(yīng)力； 彎矩橫截面線形分布的正應(yīng)力； 扭矩橫截面線形分布的剪應(yīng)力；AN=QAzWMmaxWMTmax四、強(qiáng)度計(jì)算 maxAQ=maxmax NAmaxmaxzWM WMT maxmaxjyjjjy=yyAP習(xí)題5.1.兩塊Q235-A鋼板用J425焊條對(duì)焊起來(lái)作為拉桿， =10mm。已知鋼板的許用應(yīng)力 ，對(duì)接焊縫許用應(yīng)力128MPa ，拉力P=60KN。試校核其強(qiáng)度。 mm10dmmb60 M

8、pa160 Mpa128銷(xiāo)釘聯(lián)接，已知P=18KN，板厚t1=8mm，t2=5mm，銷(xiāo)釘與板的材料相同，許用剪應(yīng)力 ，許用擠壓應(yīng)力 ，銷(xiāo)釘直徑d=16mm，試校核銷(xiāo)釘強(qiáng)度。 Mpa60Mpajy200習(xí)題6.習(xí)題7.圖示外伸梁，受均布載荷作用，材料的許用應(yīng)力=160MPa，校核該梁的強(qiáng)度。 10kN / m2m4m1002001.某化工廠的螺旋輸送機(jī)，輸入功率為72KW?，F(xiàn)擬用外徑D=50mm、內(nèi)徑d=40mm的熱軋無(wú)縫鋼管做螺旋的軸，軸的轉(zhuǎn)速n150r/min，材料的扭轉(zhuǎn)許用剪應(yīng)力=50MPa，問(wèn)強(qiáng)度是否足夠? 習(xí)題8：五、剛度條件 （抗拉剛度、抗扭剛度、抗彎剛度）壓力容器與化工設(shè)備常用材料

9、 鐵碳合金鐵碳合金 含碳量在0.022.11者稱(chēng)為鋼； 大于2.11者稱(chēng)為鑄鐵； 鋼的熱處理鋼的熱處理 退火和正火，其作用？退火和正火，其作用？ 淬火和回火，淬火和回火，其作用？ 常存雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響硫：熱脆磷：冷脆錳 ：與硫形成高熔點(diǎn)(1600)的 MnS，一定程度上消除了硫的有害作用。錳具有很好的脫氧能力，能夠與鋼中的FeO成為MnO進(jìn)入爐渣，從而改善鋼的品質(zhì)，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。 壓力容器常用鐵碳合金的種類(lèi)：壓力容器常用鐵碳合金的種類(lèi)：碳素鋼：Q235C、20、Q245R低合金鋼：16Mn，Q345R,14Cr1MoR高合金鋼：06Cr19Ni10（S3040

10、8），022Cr7Ni12Mo2（S31603）壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)容器的分類(lèi)容器的分類(lèi)設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)壓力 p （MPa）低壓容器低壓容器0.1p1.6中壓容器中壓容器1.6p10高壓容器高壓容器10p100超高壓容器超高壓容器p100為有利于安全技術(shù)管理和監(jiān)督檢查，根據(jù)容器的介介質(zhì)毒性危害程度、壓力高低、以及容積大小質(zhì)毒性危害程度、壓力高低、以及容積大小，壓力容器（不包括核能容器、船舶上的專(zhuān)用容器和直接受火焰加熱的容器）可分為三類(lèi)。 容器的零部件標(biāo)準(zhǔn)容器的零部件標(biāo)準(zhǔn) 容器零部件標(biāo)準(zhǔn)的最基本參數(shù)：用鋼板卷焊制成的筒體，其公稱(chēng)直徑DN指的是內(nèi)徑。管法蘭的公稱(chēng)直徑：容器及管道的操作壓力經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)

11、壓力稱(chēng)為公稱(chēng)壓力，以PN表示，單位MPa壓力容器常規(guī)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)GB150壓力容器內(nèi)壓薄壁容器設(shè)計(jì) 無(wú)力矩理論：是在回轉(zhuǎn)薄殼的受力分析中忽略了彎矩的作用。由于這種情況下的應(yīng)力狀態(tài)和承受內(nèi)壓的薄膜相似，故又稱(chēng)薄膜理論。 幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)：R1、R2、rdd4,221pDpDm圓筒形殼體圓筒形殼體半球形封頭、標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，a/b=2、碟形封頭、錐形封頭球形殼體球形殼體邊緣應(yīng)力特點(diǎn)：邊緣應(yīng)力特點(diǎn)：局部性、自限性各種凸形封頭和平板封頭進(jìn)行比較和選用各種凸形封頭和平板封頭進(jìn)行比較和選用14mpDd圓筒形容器厚度PDPticd 2計(jì)算厚度計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度設(shè)計(jì)厚度名義厚度名義厚度有效厚度有效厚度

12、設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)壓力（設(shè)計(jì)壓力（P）：設(shè)定容器的頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。是標(biāo)準(zhǔn)零部件選取的依據(jù)；是水壓試驗(yàn)壓力的依據(jù)；是容器分類(lèi)的依據(jù)。計(jì)算壓力（計(jì)算壓力（Pc）：在相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度下，用以確定受壓元件厚度的壓力。設(shè)計(jì)溫度：設(shè)計(jì)溫度：在相應(yīng)的設(shè)計(jì)條件下，金屬器壁可能達(dá)到的最高或最低(指-20下)溫度。最小壁厚最小壁厚 殼體加工成形后不包括腐蝕裕量（C2）的最小厚度 按下述方法確定：a. 碳素鋼和低合金鋼制容器不小于3mm 。b對(duì)高合金鋼制容器，不小于2mm 。壓力試驗(yàn)?zāi)康模簤毫υ囼?yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)容器的宏觀強(qiáng)度及密封性能。檢驗(yàn)容器的宏觀強(qiáng)度及密封性能。壓力試驗(yàn)的應(yīng)力校

13、核：壓力試驗(yàn)的應(yīng)力校核：立式容器，確定P，Pc，PT TtPp)(8 . 02)(2 . 0ddseeiTTDP 圓筒形鍋爐汽包，內(nèi)徑為圓筒形鍋爐汽包，內(nèi)徑為 =1200mm，工作，工作壓力為壓力為12.6MPa，汽包上裝有安全閥，設(shè)，汽包上裝有安全閥，設(shè)計(jì)溫度為計(jì)溫度為350，材質(zhì)為，材質(zhì)為Q345R，雙面焊對(duì)，雙面焊對(duì)接接頭，接接頭，100%探傷探傷，C1=0， C2=1mm， 【】=【】t=170MPa，試設(shè)計(jì)該汽包厚試設(shè)計(jì)該汽包厚度，并校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度。度，并校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度。外壓容器穩(wěn)定性計(jì)算 凡有壓應(yīng)力的存在，均需要考慮穩(wěn)定性的問(wèn)題。 臨界壓力的大小與筒體幾何尺寸、材質(zhì)及結(jié)構(gòu)因素有

14、關(guān)。 加強(qiáng)圈加強(qiáng)圈 設(shè)置加強(qiáng)圈主要提高剛性，增加外壓筒體穩(wěn)定性，減少壁厚。容器零部件及焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 法蘭聯(lián)接法蘭聯(lián)接 密封原理 管法蘭、容器法蘭管法蘭、容器法蘭f P =P 容器法蘭結(jié)構(gòu)：甲型平容器法蘭結(jié)構(gòu)：甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、焊法蘭、乙型平焊法蘭、長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭法蘭密封面型式：平面型、凹法蘭密封面型式：平面型、凹凸面、榫槽面凸面、榫槽面標(biāo)準(zhǔn)法蘭選用： 公稱(chēng)壓力公稱(chēng)壓力：是將壓力劃分成若干等級(jí)，以方便設(shè)計(jì)制造和管理。法蘭公稱(chēng)壓力是以16Mn(16MnR)材料在200時(shí)的機(jī)械性能為基礎(chǔ)制定的法蘭尺寸。 公稱(chēng)直徑公稱(chēng)直徑：與法蘭相配的容器或管子的公稱(chēng)直徑。 影響法蘭密封的因素有

15、、 、 、 和操作條件等。 容器殼體上開(kāi)孔后，開(kāi)孔不但削弱了容器壁的強(qiáng)度，而且在筒體與接管的連接處，由于原殼體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了變化，出現(xiàn)不連續(xù)，在開(kāi)孔區(qū)域?qū)⑿纬梢粋€(gè)局部的高應(yīng)力集中區(qū)。開(kāi)孔應(yīng)力集中應(yīng)力集中 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 補(bǔ)強(qiáng)圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，應(yīng)用廣泛。但補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體之間存在著一層靜止的氣隙，傳熱效果差，致使二者溫差與熱膨脹差較大，容易引起溫差應(yīng)力。補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體相焊時(shí)，使此處的剛性變大，對(duì)角焊縫的冷卻收縮起較大的約束作用，容易在焊縫處造成裂紋。特別是高強(qiáng)度鋼淬硬性大，對(duì)焊接裂紋比較敏感，更易開(kāi)裂。還由于補(bǔ)強(qiáng)圈和殼體或接管金屬?zèng)]有形成一個(gè)整體，因而抗疲勞性能差。容器的開(kāi)孔容器的開(kāi)孔容器支座 臥式容器

16、的支座鞍式支座立式容器的支座耳式支座耳式支座支承式支座支承式支座腿式支座腿式支座裙式支座裙式支座支座與殼體連接處加墊板的支座與殼體連接處加墊板的目的：目的：管殼式換熱器的種類(lèi)和結(jié)構(gòu) 固定管板式：兩塊管板分別焊于殼體兩端，是一種不可拆結(jié)構(gòu)1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成熟；2）管束（管間）無(wú)法清洗；3）殼程溫度t50，需設(shè)置膨脹節(jié)當(dāng)管、殼程有溫差時(shí)，按溫差計(jì)算出殼體軸向應(yīng)力H，換熱管軸向應(yīng)力t，換熱管與管板之間拉脫力q，當(dāng)有一項(xiàng)不能滿足強(qiáng)度條件時(shí)，就需要設(shè)置膨脹節(jié) 浮頭式換熱器：一塊管板固定，一塊管板同換熱管在殼體內(nèi)殼可自由伸縮，當(dāng)管、殼程有溫差時(shí)，可自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。1）可進(jìn)行管間管內(nèi)清洗；2）一端管板是浮動(dòng)的，無(wú)溫差應(yīng)力，可用于大溫差場(chǎng)合 ；3）一般情況Pmax6.4Mpa，Tmax400 U型管式換熱器：只有一塊管板，一端是自由伸縮的U形管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力 。1）可進(jìn)行管間清洗；2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，泄漏點(diǎn)少 ；3）彎管R有一定限制，Rmin2d04) 可用于高溫，高壓和大溫差場(chǎng)合 填料函式換熱器：浮動(dòng)端管板可在填料函內(nèi)自由滑動(dòng)，補(bǔ)償管、殼間溫差。 1