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第1篇 工程力学基础3

第1章 构件的受力分析3

1.1 力的概念及性质3

1.1.1 力的概念3

1.1.2 力的基本性质4

1.2 约束与约束反力6

1.2.1 柔软体约束6

1.2.2 光滑面约束6

1.2.3 光滑铰链约束7

1.2.4 固定端约束8

1.3 受力图8

1.4 平面汇交力系的合成与平衡条件9

1.4.1 平面汇交力系的几何法与平衡条件10

1.4.2 平面汇交力系合成的解析法与平衡条件10

1.5 平面力偶系的合成与平衡条件12

1.5.1 力矩12

1.5.2 力偶与力偶矩13

1.5.3 平面力偶系的合成与平衡条件14

1.6 平面一般力系的合成与平衡条件15

1.6.1 力的平移定理15

1.6.2 平面一般力系的简化15

1.6.3 平面一般力系的平衡条件17

1.7 空间力系18

1.7.1 力在直角坐标轴上的投影18

1.7.2 力对轴的矩19

1.7.3 空间力系的平衡方程19

习题20

第2章 直杆的拉伸和压缩22

2.1 杆件变形的基本形式22

2.2 轴向拉伸或轴向压缩时的内力23

2.2.1 内力的概念23

2.2.2 内力求解方法24

2.3 轴向拉伸或压缩时的应力24

2.3.1 应力的概念24

2.3.2 轴向拉伸或轴向压缩时横截面上的应力25

2.3.3 轴向拉伸或轴向压缩时斜截面上的应力25

2.4 轴向拉伸或轴向压缩时的变形及虎克定律26

2.4.1 纵向变形26

2.4.2 横向变形27

2.4.3 虎克定律27

2.5 轴向拉伸或压缩时材料的力学性能29

2.5.1 低碳钢拉伸时的力学性能29

2.5.2 其他材料拉伸时的力学性能31

2.5.3 材料在压缩时的力学性能32

2.5.4 材料的许用应力32

2.6 轴向拉伸或轴向压缩时的强度计算33

习题34

第3章 直梁的弯曲36

3.1 平面弯曲的概念及梁的分类36

3.1.1 平面弯曲的概念37

3.1.2 梁的分类37

3.2 直梁弯曲时的内力分析37

3.2.1 剪力和弯矩37

3.2.2 剪力图和弯矩图39

3.3 纯弯曲时梁横截面上的正应力和弯曲强度计算41

3.3.1 纯弯曲时梁横截面上的正应力41

3.3.2 梁的弯曲强度计算45

3.3.3 提高梁弯曲强度的主要途径47

3.4 梁的弯曲变形与刚度校核49

3.4.1 挠度和转角49

3.4.2 梁的挠曲线近似方程50

3.4.3 用叠加法求梁的变形51

3.4.4 梁弯曲时的刚度校核52

习题52

第4章 剪切与圆轴的扭转54

4.1 剪切与挤压54

4.1.1 切应力及强度条件54

4.1.2 挤压应力及强度条件55

4.1.3 纯剪切与切应力互等定理57

4.1.4 切应变与剪切虎克定律57

4.2 圆轴扭转时的外力和内力58

4.2.1 扭转变形的概念58

4.2.2 外力偶矩的计算58

4.2.3 扭转时横截面上的内力59

4.3 圆轴扭转时横截面上的应力59

4.3.1 轴的扭转变形实验及假设59

4.3.2 圆轴扭转时横截面上的应力计算60

4.4 圆轴扭转时的强度和刚度条件62

4.4.1 圆轴扭转时的强度条件62

4.4.2 圆轴扭转时的刚度条件63

习题64

第5章 复杂应力状态下的强度计算66

5.1 应力状态的概念66

5.2 广义的虎克定律68

5.3 强度理论69

5.3.1 材料破坏的主要形式69

5.3.2 四种常用的强度理论69

5.4 组合变形时杆件的强度计算70

5.4.1 弯曲与拉伸或压缩组合变形的强度计算70

5.4.2 弯曲与扭转组合变形的强度计算71

习题74

第6章 压杆的稳定性76

6.1 压杆稳定性的概念76

6.2 压杆的临界力及临界应力77

6.2.1 压杆的临界力77

6.2.2 压杆的临界应力78

6.3 压杆的稳定性计算80

习题82

第2篇 薄壁容器设计86

第7章 概述86

7.1 压力容器的结构和特点86

7.2 压力容器的分类87

7.3 容器机械设计的基本要求89

7.4 容器的零部件标准化90

习题91

第8章 化工设备常用材料92

8.1 金属材料的基本性能92

8.1.1 化学成分92

8.1.2 金属材料的基本性能93

8.2 碳素钢95

8.2.1 碳素钢的分类96

8.2.2 碳素钢的性能和使用97

8.3 合金钢97

8.3.1 合金钢的分类97

8.3.2 低合金钢98

8.3.3 不锈钢和耐热钢98

8.4 压力容器用钢99

8.4.1 钢板100

8.4.2 钢管100

8.4.3 锻件100

8.5 铸铁101

8.5.1 铸铁分类101

8.5.2 压力容器用铸铁102

8.6 有色金属102

8.6.1 铝及铝合金102

8.6.2 铜及铜合金102

8.6.3 钛及钛合金103

8.6.4 镍及镍合金104

8.6.5 铅及铅合金104

8.7 非金属材料105

8.7.1 有机非金属材料105

8.7.2 无机非金属材料106

8.7.3 复合材料106

习题107

第9章 内压薄壁容器的应力分析108

9.1 回转薄壳的薄膜应力分析108

9.1.1 回转壳体的几何特性108

9.1.2 回转薄壳的无力矩与有力矩概念109

9.1.3 回转薄壳的薄膜应力分析110

9.2 回转薄壳的薄膜应力计算111

9.2.1 承受气体压力的壳体111

9.2.2 承受液体静压力的壳体114

9.3 边缘应力及其特点114

9.3.1 边缘应力的产生114

9.3.2 边缘应力的特性115

9.3.3 设计中对边缘应力的处理116

9.4 压力容器应力分类及分析设计简介116

9.4.1 压力容器的应力分类117

9.4.2 应力强度及其基本许用应力118

9.4.3 分析设计法对各类应力强度的限制118

习题118

第10章 内压容器设计120

10.1 内压圆筒的强度计算120

10.2 内压球壳的强度计算121

10.3 设计参数的确定122

10.3.1 设计压力和计算压力122

10.3.2 设计温度122

10.3.3 焊接接头系数122

10.3.4 厚度附加量123

10.3.5 许用应力和安全系数123

10.3.6 最小厚度123

10.4 压力试验124

10.5 凸形封头的强度计算125

10.5.1 半球形封头125

10.5.2 椭圆形封头126

10.5.3 碟形封头126

10.5.4 球冠形封头127

10.6 锥形封头的强度计算128

10.6.1 锥壳厚度128

10.6.2 受内压无折边锥壳129

10.6.3 受内压折边锥壳131

10.7 平板封头的强度计算132

习题134

第11章 外压容器设计136

11.1 外压容器的稳定性136

11.1.1 外压圆筒的失稳136

11.1.2 临界压力137

11.1.3 外压圆筒设计准则138

11.2 外压圆筒的公式设计法138

11.2.1 临界压力138

11.2.2 临界长度139

11.2.3 外压圆筒的公式设计法140

11.3 外压圆筒和球壳的图算设计法140

11.3.1 算图的绘制原理140

11.3.2 外压圆筒设计141

11.3.3 外压容器设计参数的确定145

11.3.4 压力试验145

11.3.5 外压球壳设计146

11.4 外压圆筒加强圈的设计146

11.4.1 加强圈的作用与结构146

11.4.2 加强圈的计算146

11.5 外压封头设计149

11.5.1 凸形封头149

11.5.2 锥形封头150

习题151

第12章 压力容器零部件153

12.1 法兰153

12.1.1 密封原理和影响密封的因素153

12.1.2 法兰类型155

12.1.3 法兰密封面156

12.1.4 法兰垫片156

12.1.5 法兰标准157

12.1.6 法兰连接的设计步骤161

12.2 支座162

12.2.1 卧式容器支座162

12.2.2 立式容器支座165

12.3 开孔与接管168

12.3.1 开孔与开孔补强设计168

12.3.2 接管与凸缘172

12.3.3 人孔和手孔174

12.3.4 视镜176

12.4 超压泄放装置176

12.4.1 安全阀177

12.4.2 爆破片177

12.4.3 安全阀和爆破片装置的适用条件178

习题178

第3篇 典型化工设备182

第13章 管壳式换热设备182

13.1 概述182

13.2 固定管板式换热器的结构设计185

13.2.1 换热管与管板的连接185

13.2.2 管板的结构186

13.2.3 其他零部件的结构189

13.3 管壳式换热器的强度计算194

13.3.1 筒体和管箱壁厚计算194

13.3.2 管板受力及其设计方法简介194

13.3.3 温差应力及其补偿196

13.4 管壳式换热器设计内容与选型197

13.4.1 管壳式换热器设计内容与选型步骤197

13.4.2 热交换器标准198

习题202

第14章 塔设备203

14.1 概述203

14.1.1 塔设备的分类及基本结构203

14.1.2 化工生产对塔设备的基本要求204

14.1.3 塔设备的选型205

14.2 填料塔206

14.2.1 液体分布器206

14.2.2 填料208

14.2.3 填料支承209

14.2.4 液体再分布器210

14.2.5 填料的压紧和限位装置211

14.3 板式塔212

14.3.1 常用板式塔的类型212

14.3.2 塔盘的结构212

14.4 塔设备其他零部件219

14.4.1 裙座219

14.4.2 除沫器219

14.4.3 塔底液体出料管220

14.4.4 检查孔221

14.4.5 塔顶吊柱221

14.5 塔设备的强度和稳定性计算222

14.5.1 塔设备承受的载荷分类和计算222

14.5.2 塔体壁厚计算229

14.5.3 裙座设计计算230

14.5.4 裙座与塔体的连接焊缝强度计算233

习题233

第15章 机械搅拌反应设备235

15.1 概述235

15.2 罐体设计236

15.2.1 罐体内筒设计236

15.2.2 传热元件设计237

15.2.3 工艺接管240

15.3 搅拌器及附件241

15.3.1 流型241

15.3.2 搅拌器型式242

15.3.3 搅拌附件244

15.3.4 搅拌器选型244

15.3.5 搅拌功率计算245

15.4 搅拌轴的支承及设计246

15.4.1 搅拌轴支承246

15.4.2 搅拌轴设计247

15.5 搅拌轴的轴封249

15.5.1 填料密封249

15.5.2 机械密封250

15.6 传动装置252

15.6.1 机械传动的基本参数和分类252

15.6.2 减速器253

15.6.3 联轴器253

15.6.4 机架与底座254

习题255

附录256

附录A 热轧型钢规格表256

附录B 压力容器材料许用应力表263