化工設備基礎復習重點

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，但是一個力卻可以用一個與之平行且相等的力和一個附加力偶來等效代替。反之，一個力和一個力偶也可以用另一個力來等效代替。剛體的概念：在討論力的外效應時，可以把實際變了形的物體，看成是不發(fā)生變形的剛體。柔性約束 ：光滑接觸面約束：鉸鏈約束：（固定鉸鏈支座約束、活動鉸鏈支座約束）固定端約束：

1.強度：構件抵抗破壞的能力；

2.剛度：構件抵抗變形的能力；

3.穩(wěn)定性：構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：當桿件受到作用線與桿的軸線重合的大小相等、方向相反的兩個拉力作用時，桿件將產生沿軸線方向的伸長。這種變形稱為拉伸變形。

壓縮：當桿件受到作用線與桿的軸線重合的大小相等、方向相反的兩個壓力作用時，桿件將產生沿軸線方向的縮短。這種變形稱為壓縮變形。

(2)

彎曲：當桿件受到與桿軸垂直的力作用(或受到在通過桿軸的平面內的力偶作用)時，桿的軸線將變成曲線。這種變形稱為彎曲變形。

(3)

剪切：當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、方向相反的兩個力作用時，桿上兩個力中間的部分，各個截面將互相錯開。這種變形稱為剪切變形。

(4)扭轉：當桿件受到在垂直于桿軸平面內的大小相等、轉向相反的兩個力偶作用時，桿件表面的縱線(原來平行于軸線的縱向直線)扭歪成螺旋線。這種變形稱為扭轉變形。

變形的度量應力就是單位面積上內力分布的密集程度。材料的力學性質彈性階段拉伸虎克定律：屈服階段、屈服極限強化階段、強度極限鑄鐵在壓縮試驗時所顯示的機械性能的最大特點是抗壓強度比抗拉強度高。抗拉剛度

剪切虎克定律反映材料機械性能的主要指標是：

1.強度性能，用屈服極限和強度極限來表示，反映材料抵抗破壞的能力。

2.彈性性能，用彈性模量E來表示，反映材料抵抗彈性變形的能力。

3.塑性性能，用延伸率d和截面收縮率y來表示，反映材料具有的塑性變形的能力。溫度對材料機械性能的影響高溫對材料機械性能的影響低溫對材料機械性能的影響受拉、壓與受剪切構件的強度計算安全系數：

1.在強度條件中有些量的本身就存在著主觀考慮與客觀實際間的差異。

2.給構件以必要的強度儲備。剪切、擠壓強度計算直梁的彎曲簡支梁，外伸梁，懸臂梁梁橫截面上的內力——剪力與彎矩梁彎曲時橫截面上的正應力及正應力的分布規(guī)律梁截面合理形狀的選擇一臥式貯耀，內徑為1600mm，壁厚20mm，封頭高H=450mm；支座位置如圖，L=8000mm，a=1000mm。內貯液體，包括貯罐自重在內，可簡化為單位長度上的均布載荷q=28N／mm。簡化圖如(b)。求罐體上的最大彎矩和彎曲應力。

圓軸的扭曲攪拌軸的三項功能：1）傳遞旋轉運動

2）傳遞扭轉力偶矩

3）傳遞功率剪應力互等定理微元體單元體剪應力分布規(guī)律

扭轉的強度條件扭轉的剛度條件基本變形小結一、五種基本變形1.受力特點：2.變形特點：拉、壓、彎曲是尺寸變化的線應變；剪切和扭轉是形狀變化的角應變?；⒖硕膳c剪切虎克定律：二、外力與內力外力采用靜力學中力與力矩的平衡條件求。內力用截面法求：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、彎矩作用在縱向對稱面內。

習題1.試用截面法求各桿件所標出的橫截面上的內力和應力以及總伸長量。桿的橫截面面積A為250mm2，P=10KN。習題2習題3三、內力與應力通過觀察實驗現象，找到變形規(guī)律，結合虎克定律，確定橫截面上應力的分布規(guī)律。有均勻分布和線性分布兩種。軸力—橫截面均布的正應力；剪力—橫截面剪應力；彎矩—橫截面線形分布的正應力；扭矩—橫截面線形分布的剪應力；四、強度計算

習題5.1.兩塊Q235-A鋼板用J425焊條對焊起來作為拉桿，=10mm。已知鋼板的許用應力，對接焊縫許用應力[]＝128MPa，拉力P=60KN。試校核其強度。銷釘聯接，已知P=18KN，板厚t1=8mm，t2=5mm，銷釘與板的材料相同，許用剪應力，許用擠壓應力，銷釘直徑d=16mm，試校核銷釘強度。

習題6.習題7.圖示外伸梁，受均布載荷作用，材料的許用應力［σ］=160MPa，校核該梁的強度。

1.某化工廠的螺旋輸送機，輸入功率為7．2KW?，F擬用外徑D=50mm、內徑d=40mm的熱軋無縫鋼管做螺旋的軸，軸的轉速n＝150r/min，材料的扭轉許用剪應力[]=50MPa，問強度是否足夠?

習題8：五、剛度條件

（抗拉剛度、抗扭剛度、抗彎剛度）壓力容器與化工設備常用材料鐵碳合金含碳量在0.02％～2.11％者稱為鋼；大于2.11％者稱為鑄鐵；鋼的熱處理退火和正火，其作用？

淬火和回火，其作用？

常存雜質元素對鋼材性能的影響硫：熱脆磷：冷脆錳：與硫形成高熔點(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進入爐渣，從而改善鋼的品質，特別是降低鋼的脆性，提高鋼的強度和硬度。壓力容器常用鐵碳合金的種類：碳素鋼：Q235C、20、Q245R低合金鋼：16Mn，Q345R,14Cr1MoR高合金鋼：06Cr19Ni10（S30408），022Cr7Ni12Mo2（S31603）壓力容器設計基礎容器的分類設計壓力p

（MPa）低壓容器0.1≤p＜1.6中壓容器1.6≤p＜10高壓容器10≤p＜100超高壓容器p≥100為有利于安全技術管理和監(jiān)督檢查，根據容器的介質毒性危害程度、壓力高低、以及容積大小，壓力容器（不包括核能容器、船舶上的專用容器和直接受火焰加熱的容器）可分為三類。

容器的零部件標準容器零部件標準的最基本參數：用鋼板卷焊制成的筒體，其公稱直徑DN指的是內徑。管法蘭的公稱直徑：容器及管道的操作壓力經標準化以后的標準壓力稱為公稱壓力，以PN表示，單位MPa壓力容器常規(guī)設計、制造、檢驗、驗收標準GB150《壓力容器》內壓薄壁容器設計無力矩理論：是在回轉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力狀態(tài)和承受內壓的薄膜相似，故又稱薄膜理論。幾何結構參數：R1、R2、r圓筒形殼體半球形封頭、標準橢圓形封頭，a/b=2、碟形封頭、錐形封頭球形殼體邊緣應力特點：局部性、自限性各種凸形封頭和平板封頭進行比較和選用圓筒形容器厚度計算厚度——設計厚度——名義厚度——有效厚度設計參數設計壓力（P）：設定容器的頂部的最高壓力，與相應的設計溫度一起作為設計載荷條件。是標準零部件選取的依據；是水壓試驗壓力的依據；是容器分類的依據。計算壓力（Pc）：在相應的設計溫度下，用以確定受壓元件厚度的壓力。設計溫度：在相應的設計條件下，金屬器壁可能達到的最高或最低(指-20℃下)溫度。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．對高合金鋼制容器，不小于2mm

。壓力試驗目的：檢驗容器的宏觀強度及密封性能。壓力試驗的應力校核：立式容器，確定P，Pc，PT圓筒形鍋爐汽包，內徑為=1200mm，工作壓力為12.6MPa，汽包上裝有安全閥，設計溫度為350℃，材質為Q345R，雙面焊對接接頭，100%探傷，C1=0，C2=1mm，【s】=【s】t=170MPa，試設計該汽包厚度，并校核水壓試驗強度。外壓容器穩(wěn)定性計算凡有壓應力的存在，均需要考慮穩(wěn)定性的問題。臨界壓力的大小與筒體幾何尺寸、材質及結構因素有關。

加強圈設置加強圈主要提高剛性，增加外壓筒體穩(wěn)定性，減少壁厚。容器零部件及焊接結構設計法蘭聯接密封原理管法蘭、容器法蘭f>ΔP=P容器法蘭結構：甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭、長頸對焊法蘭法蘭密封面型式：平面型、凹凸面、榫槽面標準法蘭選用：公稱壓力：是將壓力劃分成若干等級，以方便設計制造和管理。法蘭公稱壓力是以16Mn(16MnR)材料在200℃時的機械性能為基礎制定的法蘭尺寸。公稱直徑：與法蘭相配的容器或管子的公稱直徑。影響法蘭密封的因素有

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和操作條件等。容器殼體上開孔后，開孔不但削弱了容器壁的強度，而且在筒體與接管的連接處，由于原殼體結構產生了變化，出現不連續(xù)，在開孔區(qū)域將形成一個局部的高應力集中區(qū)。開孔應力集中開孔補強結構補強圈結構簡單，易于制造，應用廣泛。但補強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，容易引起溫差應力。補強圈與殼體相焊時，使此處的剛性變大，對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。特別是高強度鋼淬硬性大，對焊接裂紋比較敏感，更易開裂。還由于補強圈和殼體或接管金屬沒有形成一個整體，因而抗疲勞性能差。容器的開孔容器支座臥式容器的支座鞍式支座立式容器的支座耳式支座支承式支座腿式支座裙式支座支座與殼體連接處加墊板的目的：管殼式換熱器的種類和結構

固定管板式：兩塊管板分別焊于殼體兩端，是一種不可拆結構1）結構簡單，設計成熟；2）管束（管間）無法清洗；3）殼程溫度△t>50℃，需設置膨脹節(jié)當管、殼程有溫差時，按溫差計算出殼體軸向應力σH，換熱管軸向應力σt，換熱管與管板之間拉脫力q，當有一項不能滿足強度條件時，就需要設置膨脹節(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殼可自由伸縮，當管、殼程有溫差時，可自由伸縮，不會產生溫差應力。1）可進行管間管內清洗；2）一端管板是浮動的，無溫差應力，可用于大溫差場合；3）一般情況Pmax<6.4Mpa，Tmax<400℃U型管式換熱器：只有一塊管板，一端是自由伸縮的U形管，結構簡單，也不會產生溫差應力。1）可進行管間清洗；2）結構簡單，泄漏點少；3）彎管R有一定限制，Rmin≥2d04)可用于高溫，高壓和大溫差場合填料函式換熱器：浮動端管板可在填料函內自由滑動，補償管、殼間溫差。

1）不適用于易揮發(fā)、易然、易爆、有毒介質和貴重介質；2）Pmax≤2.5Mpa

；管板與換熱器的連接