化工设备设计基础课程总结28页doc.docx
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课程总结
题目:
化工设备设计基础
专业:
应用化学
学生姓名:
学生学号:
院级班:
指导教师:
宜宾学院化学与化工学院
2011年6月
摘要
化工容器与设备是化工、石油、轻工、冶金等生产中的重要生产装置,它的设计包括工艺设计和机械设计两部分。
本课程教学内容包括工程力学,化工设备材料,容器设计等机械设计基础知识,阐明基本概念及现行的国家标准。
通过本课程的学习获得不少的感想,对本课程进行了总结。
关键字化工设备;设计基础;总结
Abstract
Chemicalcontainersandequipmentischemical,petroleum,lightindustry,metallurgy,etcintheproductionofimportantproductiondevice,itdesignincludingprocessdesignandmechanicaldesigntwoparts.
Thiscourseteachingcontentincludingengineeringmechanics,chemicalequipmentmaterials,containerdesign,mechanicaldesign,expoundsthebasicknowledgeofbasicconceptsandthecurrentnationalstandards.
Throughthiscourseofstudyformanyfeelings,thiscoursearesummarized.
KeywordsChemicalequipmentDesignbasissummary
第1章工程力学
1.1物体的受力分析及其平衡条件
1.1.1力的概念和基本性质
力的概念
使物体的运动状态发生改变或物体发生形变的物体间的相互作用。
力会产生两种效果:
1、使物体改变运动方向2、使物体产生变形
力是矢量,具有三要素:
大小、方向、作用点,用F表示。
单位:
牛顿(N)。
力的分类:
按作用方式分:
体积力、表面力;
按分布分:
集中力、分布力;
力的基本性质
作用与反作用定律:
两个物体间作用力与反作用力同时产生,同时消失,等大反向,作用线相同。
二力平衡:
作用于同一物体上的两力平衡,这两力等大反向,且作用在同一直线上。
力的平行四边形法则:
同一物体上力的合成与分解的基本规则。
1.1.2力矩与力偶
1.1.2.1力矩
力对O点的矩是力使物体产生绕O点转动的效应度量。
力矩是力对某一点所取的矩。
它等于力乘以这点至力的垂直距离,即,单位N﹒m。
规定:
逆时针转动的力矩取正号,反之,取负号。
1.1.2.2力偶
力偶:
受到等大反向,互相平行的两个力的作用时,它对物体产生的纯转动效应。
力偶矩:
规定:
逆时针转动的力偶取正号,反之,取负号。
力偶的性质:
只要保持力偶矩的大小及其转向不变,力偶的位置可以在其作用平面内任意移动或转动;组成力偶的两个力既不平衡,也不能合成为一个合力。
组成力偶的两个力对作用面内任意点的力矩之和等于力偶矩本身。
1.1.3物体的受力分析及受力图
1.1.3.1约束和约束反力
自由体:
可以任何方向上自由移动的物体叫自由体。
非自由体:
只要有任何一个或以上方向上受到限制的物体就叫非自由体,限制物体运动的物体叫约束。
约束:
限制非自由体运动的物体。
约束反力:
当非自由体的运动受到它的约束限制时,在非自由体与约束之间就要产生相互作用的力,这时约束作用于非自由体上的力。
约束的基本形式:
柔性体约束:
用绳、胶带及钢丝绳等柔性材料组成的约束为柔性约束,力的方向在轴线上。
光滑接触面约束:
力的方向是与光滑面接触的法线方向上。
将物体从系统内取出后再考虑力的组成。
铰链约束:
分固定式和移动式,铰链约束是构件可以转动的。
在不能动的方向上就存在约束反力。
固定端约束:
既不能让构件移动也不能转动的方式。
1.1.3.2受力图
受力图:
表示物体受力情况的简图。
1.1.4平面力系的平衡方程式
物体在平面力系作用下处于平衡:
既不能转动,也不能移动。
即所有的力在X方向上的合力为0,所有的力在Y方向上的合力为0,所有的力偶矩的合力偶为0。
。
1.2直杆的拉伸与压缩
1.2.1直杆的拉伸和压缩
1.2.1.1概念
工程中构件的形式
按形状大致可以分成三类:
杆件、板、壳。
构件变形的基本形式
弹性变形:
当外力卸去后,构件又恢复到原来的形状。
塑性变形:
当外力卸去后,构件不能恢复到原来的形状。
杆件在外力作用下,变形的基本形式
拉伸与压缩:
杆件在其轴线方向伸长或压缩。
弯曲:
杆件在力偶作用下,其轴线弯成曲线。
剪切:
两作用线相距很近,垂直于杆的轴线的力,使作用线间横截面发生相对错动。
扭转:
杆件受到一对大小相等、方向相反、绕杆轴线旋转的力偶作用时,杆的各横截面绕杆轴线发生相对转动。
1.2.1.2受力与变形特点
受力特点:
沿着杆件的轴线方向作用一对大小相等,方向相反的外力。
当外力背离杆件时为轴向拉伸,反之,称为轴向压缩。
变形特点:
拉伸时杆件沿轴向伸长,横向尺寸缩小;压缩时杆件沿轴向缩短,横向尺寸增大。
1.2.1.3横截面上的内力
内力由截面法求得,使截面产生拉伸轴力的外力取正值,反之,取负值。
1.2.1.4横截面上的应力
应力是单位面积上的内力,它的大小可以表示内力分布的密集程度。
应力大小为,其单位在国际单位制中是,称帕斯卡。
实际常用表示。
1.2.1.5应变
线应变(相对伸长):
,没有单位。
横向线应变:
,无纲量。
泊桑比(横向变形系数):
,无纲量。
1.2.2拉伸与压缩时材料的力学性质
材料的机械性能:
从开始加载直到最后破坏的全过程中,材料在强度和变形方面表现出来的力学性质。
机械性能是材料固有的特性,必须通过实验测定,材料种类不同,其机械性能也不相同。
低碳钢的拉伸试验及其力学性能
弹性变形阶段:
在弹性阶段内,应力与应变成正比关系,即为虎克定律:
式中:
E为材料的弹性模量。
也可以写为,式中:
EA为抗拉刚度。
屈服阶段:
试件的应变量在应力基本保持不变的情况下不断增长。
存在最低压力值称为材料的屈服极限。
强化阶段:
材料显示出抵抗变形的能力,要使材料继续发生变形,就必须继续增加外力。
存在材料所能承受的最大应力,称为强度极限,以表示。
颈锁阶段:
应力达到强度极限时,试件不再均匀地变形,在试件某一部分的截面发生显著收缩。
试件断裂后的相对伸长用延伸率表示,即。
材料的塑性的好坏由横截面收缩率:
表示。
低碳钢和铸铁比较
低碳钢常作抗拉材料,作为塑性材料。
铸铁常作抗压材料,作为脆性材料。
塑性材料在断裂时有明显的塑性变形,而脆性材料在断裂时变形很小;塑性材料在拉伸和压缩时的弹性极限、屈服极限和弹性模量都相同,它的抗拉和抗压强度也相同。
而脆性材料的抗压强度远高于抗拉强度。
1.2.3拉伸和压缩的强度条件
强度的概念:
构件抵抗外力作用而产生变形与断裂的能力。
拉伸(压缩)直杆的强度条件:
1.3直梁的弯曲
1.3.1概念
受力特点:
在构件的纵向对称平面内,受到垂直于梁的轴线的力或力偶作用。
简支梁:
一端是固定铰链,另一端是活动铰链。
外伸梁:
用一个固定铰链和一个活动铰链支撑,有一端或两端伸出支座以外。
悬臂梁:
一端固定,另一端自由。
1.3.2梁横截面上的内力---剪力与弯矩
直梁在横向力或弯矩作用下产生弯曲变形,同时,在梁的横截面上产生相应的内力,这种内力称为弯曲内力。
弯曲内力包括剪力和弯矩,截面法求内力:
剪力,弯矩。
弯矩正负号的规定:
凡是向上的外力,其矩取正值;向下的外力,其矩取负值。
若梁上作用有集中力偶,则截面左侧顺时针转向的力偶或截面右侧逆时针转向的力偶取正值,反之取负值。
1.3.3弯矩方程与弯矩图
弯矩方程为
1.3.4梁弯曲时横截面上的正应力及其分布规律
1.3.4.1纯弯曲时梁横截面上的正应力
纯弯曲:
就是梁的横截面上只有弯矩而无剪力的作用在工程实践中,当梁的L/h之比很大时,弯矩是梁破坏的主要原因而此时剪力可忽略不计。
对于梁的纯弯曲可作如下假设:
①梁变形前是平面,变形后仍保持平面,且仍垂直变形后的梁的轴线,只绕某一轴线旋转了一个角度。
②纵向纤维之间互不积压,即不考虑剪力的影响。
③纵向纤维的变形与它到中性层的距离有关,与横截面的宽度上的位置无关。
纯弯曲弯曲变形特征:
中性层既不伸长也不缩短;中性层与横截面的交线叫中性轴。
梁弯曲时横截面上的正应力分布规律:
离中性轴越远应力越大,在中性轴上应力为零,中性轴的一侧为拉应力,另一侧为压应力。
1.3.4.2截面惯性矩和抗弯截面模量
截面惯性矩仅与横截面的几何形状和尺寸有关。
反映的是横截面的几何性质。
单位为。
抗弯截面模量,单位是,它也是与截面尺寸和形状有关的几何量。
梁弯曲时横截面上的最大正应力为。
1.3.5梁弯曲时的强度条件
对于等截面的直梁,弯矩最大的截面就是危险截面,在危险截面上,离中性轴最远的上、下边缘的各点的应力就是等截面梁的最大弯曲正应力,这些点称为危险点。
为保证梁安全可靠工作,必须使最大工作应力不超过材料的许用应力,即
1.3.6梁截面合理形状的选择
考虑梁的截面是否经济合理,梁的刚度、稳定和加工制作等。
1.3.7梁的弯曲变形
梁的任一截面的形心变形后移至,位移称为该截面的挠度。
由于变形很小,挠度可以用垂直位移f来表示,它的单位是mm。
梁的横截面相对于原来位置绕中性轴转过的角度称为转角,用表示,它的单位是弧度。
弯曲的刚度条件:
,。
1.4剪切
1.4.1概念
受力特点:
在构件上作用大小相等、方向相反、相距很近的两个力。
变形特点:
在两力之间的截面上,构件上部对其下部将沿外力作用方向发生错动;在剪断前,两力作用线间的小矩形变成平行四边形。
1.4.2剪力、剪应力与剪切强度条件
剪力:
,平行于横截面。
剪应力:
与截面平行的应力称为剪应力,,单位是Mpa。
剪切强度条件:
1.4.3挤压概念与强度条件
挤压应力:
挤压强度条件:
1.4.4剪切变形和剪切虎克定律
剪切变形:
构件受剪切时,两力之间的小矩形变成平行四边形,直角变成锐角。
剪应变:
直角所改变的角度,用以衡量剪切变形的大小。
剪切虎克定律:
当剪应力在小于弹性极限时,剪应力与剪应变变成正比,即。
G称为剪切弹性模量,Mpa。
它表示材料抵抗剪切变形的能力,随材料不同而异。
弹性模量、横向变形系数和剪切弹性模量之间的关系:
1.5圆轴的扭转
1.5.1概念
受力特点:
在垂直杆轴的截面上作用着大小相等、方向相反的力偶矩。
变形特点:
构件受扭时,各横截面绕轴线产生相对转动。
1.5.2扭转时的外力和内力
扭转时外力矩的计算:
,M的单位是N﹒m。
扭矩:
它的大小等于截面一侧上外力矩的代数和。
扭矩的正负号可以按右手螺旋法则用矢来表示,并规定当矢的指向离开截面时扭矩为正,反之为负。
1.5.3扭转时横截面上的应力
应力分布规律:
各截面的形状、大小在变形前后都没有改变,仍是平面,只是相对地转过一个角度,各截面间的距离也不改变,即在横截面上没有正应力产生;圆轴各截面在变形后相互错动,矩形变成平行四边形,即在横截面上有剪应力;变形后,横截面上的半径仍保持为直线,而剪切变形是沿轴的圆周切线方向发生的。
极惯性矩与抗扭横截面模量:
实心圆轴:
极惯性矩为
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