《压力容器及过程设备》课程教案.doc

压力容器及过程设备课程教案 课程名称 压力容器及过程设备 学时数 72（其中实验4） 授课对象 2005过控1-4班 授课学期 第七学期 授课教研室 过程装备与控制工程 授课教师 喻九阳、徐建民 武汉工程大学 机电工程学院压力容器及过程设备课程教案课程名称压力容器及过程设备授课对象05过程装备与控制工程专业1，2，3，4班授课单位过程装备与控制工程研究室授课教师喻九阳、徐建民职 称教授、副教授总学时72 理论学时68 实验学时4学时授课学期08-09学年第一学期教材郑津洋等. 过程设备设计. 第2版. 北京：化学工业出版社主要参考书王志文. 化工容器设计. 第2版. 北京：化学工业出版社聂德清. 化工设备设计. 第2版. 北京：化学工业出版社GB150钢制压力容器GB151钢制管壳式换热器JB/T4710钢制塔式容器JB/T4731钢制卧式容器Som Chattopadhyay. Pressure Vessels: Design and PracticeCharles E Thomas. Process Technology Equipment and Systems制定时间2008年9月0 绪论一、主要内容 1. 过程设备的定义、应用、特点、基本要求2. 过程设备设计概述3. 介绍本课程的学习内容二、教学目的及要求 1. 掌握过程设备的定义2. 了解过程设备的特点及基本要求3. 了解过程设备的基本设计步骤和影响参数设计的主要因素。三、教学重点 1. 过程设备的定义；2. 过程的设备特点及基本要求。四、教学难点 1. 过程设备的定义。五、授课方式与主要教学手段授课方式为课堂讲授。应用多媒体手段展示有关图片。六、授课思路与教学过程1. 过程设备的定义既是本章重点也是难点。难在学生对过程这个概念的重新理解。通过 “化工工艺”概念导入“过程工艺”概念，再由“化工设备”的概念扩充到“过程设备”。布置一道思考题让学生进一步加深对过程设备的理解。2. 通过过程设备的典型的失效图片帮助学生理解过程设的备特点及相应要求。七、教学时间分配本章共 1 学时八、思考题、作业题1什么是过程设备，请写出三种化工设备以外的过程设备。1 导言一、主要内容 1. 压力容器的总体结构；2. 压力容器的分类；3. 压力容器标准、规范二、教学目的及要求 1. 了解压力容器总体结构及应用特点；2. 掌握压力容器的分类方法；3. 了解我国和国际上主要的压力容器规范标准，及其适用范围和应用原则。三、教学重点 1. 压力容器的分类方法；2. GB150钢制压力容器与压力容器安全技术监察规程的特点及异同。四、教学难点 无五、授课方式与主要教学手段授课方式为课堂讲授。板书与多媒体手段相结合。六、授课思路与教学过程1. 将压力容器分为一、二、三类的分类方法本章最重要的内容，是学生今后工作中必须理解和掌握的基本概念。通过日常生活事例让学生了解这种分类方法的实质是体现了压力容器的重要性，即综合考虑压力容器出现事故的概率和事故后对生命和财产的危害程度。布置一道关于容器分类的课外作业题。七、教学时间分配1. 压力容器的总体结构: 20 分钟2. 压力容器的分类: 50 分钟3. 压力容器标准、规范: 30 分钟八、思考题、作业题1. 压力容器主要由哪几部分组成，各部分的作用是什么？2.容规对压力容器进行分类的原则是什么，哪些中压容器属于三类容器？2 压力容器应力分析一、主要内容 第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）1. 载荷分析 (1) 压力载荷(2) 非压力载荷：整体载荷与局部载荷2. 薄壁圆筒的应力：轴向应力和环向应力。第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）1. 回转薄壳的无力矩理论(1) 回转薄壳的几何要素(2) 无力矩理论与有力矩理论2. 无力矩理论的基本方程(1) 壳体微元体及其内力分量(2) 微元平衡方程(3) 区域平衡方程(4) 课堂讨论：l 材料种类种对回转薄壳无力矩理论有没有影响？l 在微元截取时，能否用两个相邻的垂直于轴线的横截面代替教材中与经线垂直、同壳体正交的圆锥面？l 薄壁回转壳体在均匀内压作用下，中面上任意点的变形有什么特征？l 为什么圆柱和球可以采用材料力学中的截面法求应力，而一般壳体却不能？第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）1. 无力矩理论的应用(1) 承受气体压力的回转薄壳:球形薄壳、薄壁圆筒、锥形壳体、椭球形壳体。(2) 储存液体压力的回转薄壳:圆筒形壳体、球形壳体。2. 无力矩理论应用条件。第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）1. 回转薄壳的不连续分析(1) 不连续效应与不连续分析的基本方法；(2) 圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解；(3) 一般回转壳受边缘力和边缘力矩的弯曲解；(4) 组合壳不连续应力的计算举例； (5) 不连续应力的特性。第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(一)1.弹性应力(1) 压力载荷引起的弹性应力;(2) 温度变化引起的弹性热应力；第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)1.弹塑性应力及其残余应力。2.屈服压力和爆破压力;3.提高屈服承载能力的措施第七讲：2.4 平板应力分析(一)1.平板的几何特征、分类及平板应用；2.圆平板对称弯曲微分方程(1) 分析模型；(2) 挠度微分方程：平衡方程，几何协调方程，物理方程，小挠度微分方程第八讲：2.4 平板应力分析(二)1.圆平板中的应力(1) 周边简支圆平板；(2) 周边固支圆平板;(3) 支承对刚度和强度的影响;(4) 薄圆平板的应力特点力；2.承受轴对称载荷的环板应力第九讲：2.5壳体的稳定性分析(一)1.稳定性与临界压力;2.外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析(1) 受均布周向外压的长圆筒的临界压力;(2) 受均布周向外压的短圆筒的临界压力;(3) 外压薄壁圆柱壳的临界长度;(4) 周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳;(5) 形状缺陷对圆筒稳定性的影响第十讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力1.其它回转薄壳的临界压力: 半球壳, 碟形壳 , 椭球壳, 锥壳, 其它失稳实例:2.典型局部应力(1) 局部应力的产生及其危害性；(2) 受内压壳体与接管连接处的局部应力;(3) 降低局部应力的措施。二、教学目的及要求 第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）1.了解压力容器可能承受的载荷类型与特点； 2掌握薄壁圆筒的应力分析方法及计算公式。第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）1.理解回转薄壳的各种概念；2掌握无力矩理论的基本假设，分析方法；3. 掌握无力矩理论的基本方程；4理解无力矩理论与有力矩理论的区别。第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）1掌握应用无力矩理论分析典型回转薄壳应力的方法；2理解无力矩理论的应用条件。第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）1.了解不连续效应与不连续分析的基本方法；2.理解圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解；3.了解一般回转壳受边缘力和边缘力矩的弯曲解；4.理解不连续应力的特性。第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析（一）1.理解厚壁圆筒的弹性应力分析方法和计算公式;2.理解温度变化引起厚壁圆筒的弹性热应力的原因及分析方法；第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)1.掌握厚壁圆筒的屈服压力和爆破压力的计算公式; 2.了解残余应力的概念及厚壁圆筒残余应力产生的原因；3.了解提高厚壁圆筒屈服承载能力的措施。第七讲：2.4 平板应力分析(一)1.了解平板的几何特征及分类平；2.理解圆平板对称弯曲小挠度微分方程。第八讲：2.4 平板应力分析(二)1.掌握周边简支和周边固支圆平板中的应力计算方法及应力分布特点；2.理解支承对平板刚度和强度的影响;3.了解承受轴对称载荷的环板应力。第九讲：2.5壳体的稳定性分析(一)1.理解外压薄壁圆柱壳的稳定性、临界压力、长圆筒、短圆筒、临界长度等有关概念;2.掌握外压长圆筒临界压力的计算公式;3.了解外压短圆筒临界压力的计算公式;4.了解形状缺陷对圆筒稳定性的影响。第十讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力1.了解外压半球壳、碟形壳、椭球壳、锥壳的临界压力的计算方法；2.了解局部应力产生的原因、危害性、以及局部应力的各种计算手段；3.理解内压壳体与接管连接处的局部应力的计算方法;4.了解降低局部应力的主要措施。三、教学重点 第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）1.薄壁圆筒的应力计算。第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）1.回转薄壳的几何概念；2无力矩理论的基本假设；3无力矩理论的基本方程；第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）1.承受气体压力的椭球形壳体的应力计算及其分布特点。第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）1.不连续效应的概念及其产生的原因；2.不连续分析的基本方法；3.不连续应力的特性。第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析（一）1.内压厚壁圆筒中三向应力的计算及应力分布图。第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)1.厚壁圆筒中的弹塑性区的应力分布； 2.提高屈服承载能力的措施；3概念“自增强”。第七讲：2.4 平板应力分析(一)1.圆平板对称弯曲微分方程。第八讲：2.4 平板应力分析(二)1.圆平板应力计算方法及应力分布特点。第九讲：2.5壳体的稳定性分析(一)1.稳定性、临界压力、长圆筒、短圆筒、临界长度等有关概念;2.外压长圆筒临界压力的计算公式。第十讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力1.内压壳体与接管连接处的局部应力的计算方法。四、教学难点 第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）无第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）1.对回转薄壳各种概念的理解；2微元体的截取方法及其形状；3微体平衡方程的推导。第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）1承受液体压力的圆筒形壳体和球形壳体的应力分析；2承受气体压力的椭球壳的应力分析。第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）1.不连续效应的概念；2圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解。第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析（一）1.内压厚壁圆筒中三向应力的计算公式推导。第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)1.厚壁圆筒的屈服压力和爆破压力的计算公式推导; 第七讲：2.4 平板应力分析(一)1.圆平板对称弯曲小挠度微分方程的推导。第八讲：2.4 平板应力分析(二)1.周边简支和周边固支圆平板中的应力计算。第九讲：2.5壳体的稳定性分析(一)1.对稳定性概念的理解;2.外压长圆筒临界压力计算公式的推导;3.外压短圆筒临界压力计算公式的推导。第十讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力1.应力集中系数法。五、授课方式与主要教学手段授课方式以课堂讲授为主，辅助校内结构实习基地现场了解设备的特殊结构。教学手段电子教案为主，配合动画、录象介绍失稳、密封泄露等现象。公式推导以板书为主。六、授课思路与教学过程本门课程是过程装备与控制工程专业独有的，而本章是这门课程的核心和理论基础，是最重要的一章。本章的特点是：概念多，公式推导多。有些内容要反复强调。概念要讲清楚，重要公式的推导、各项的物理意义以及应用条件需要讲明白。本章安排的学时多，作业多，考试试卷中所占的分量也最多。第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）强调回转薄壳的本质特点在于厚度和其它几何尺寸的关系。通过回忆材料力学所经常采用的截面法引导学生分析圆筒的应力。第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）回转薄壳的几何概念通过模型和动画加以解释。强调力、力矩都是内力分量；无力矩的本质是内力距小，而可以忽略，不是真正的无力矩。无力矩理论的基本方程通过板书推导，以帮助学生理解。第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）通过讲授承受气体压力的椭球形壳体的应力分布特点，引入标准椭球形封头的概念和优点。受内压的容器也可能出现压应力是容易被忽视的问题。这种情况讲授椭球形壳体的应力时要予以强调。第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）几何不连续对学生是一个新的概念，通过不连续的容器结构，帮助学生理解各种不连续的概念。有力矩理论公式推导比较复杂，烦琐。先讲清楚推导思路，再板书推导。不连续所产生的边缘应力的“局限性”和“自限性”的理论根据、现象、以及再工程上的应对方法，结合公式和工程结构讲授。第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析（一）内压厚壁圆筒中三向应力的计算先讲清楚推导思路，再板书推导。三向应力应力分布情况通过电子图片展示并讲解。第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)弹塑性区的应力分布通过电子图片展示并讲解。介绍工程上常用的提高屈服承载能力的方法。“自增强”的理论依据结合应力公式讲授。第七讲：2.4 平板应力分析(一)圆平板对称弯曲微分方程先讲清楚推导思路，再板书推导。分析模型通过多媒体动画介绍其结构和受力。第八讲：2.4 平板应力分析(二)由圆平板对称弯曲微分方程，在给定载荷分布和边界条件的情况下，推出周边固支和简支两种情况下的平板应力特点。结合工程实际，介绍什么样的连接可以简化为固支或简直。对固支和简支两种情况的应力分布特点进行比较讲授，以便学生理解和记忆。第九讲：2.5壳体的稳定性分析(一)由压杆的失稳导入到外压壳体的失稳，对于稳定性的概念，几乎所有的参考书表述不正确或不准确，要特别强调。通过外压圆环临界压力的计算公式推导出长圆筒的临界压力的计算公式。动画显示外压圆筒失稳的过程。第十讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力由外压圆筒的临界压力的计算公式导入外压半球壳、碟形壳、椭球壳、锥壳的临界压力的计算公式。这些公式不推导。介绍外压半球壳临界压力理论值和实验值的差别，讲明原因。进而导出缺陷对外压壳体稳定性的影响。由边缘应力的概念导入局部应力。介绍局部应力的求解思路和各种方案。七、教学时间分配第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）1. 压力载荷：5 分钟2. 非压力载荷：5 分钟3. 载荷工况：5 分钟4. 轴向应力：15分钟5. 环向应力：20分钟第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）1. 回转薄壳的几何概念：10分钟2. 内力矩及无力矩理论的概念： 10分钟3. 壳体微元体及其内力分量：10分钟4. 微元平衡方程：30分钟5. 区域平衡方程：30分钟6. 课堂讨论及小结：10分钟。第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）1. 承受气体压力的回转薄壳:50分钟;2. 储存液体压力的回转薄壳: 40分钟;3. 无力矩理论应用条件:5分钟;4. 小结：5分钟。第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）1. 不连续效应与不连续分析的基本方法：40分钟；2. 圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解：30分钟；3. 一般回转壳受边缘力和边缘力矩的求解思路介绍： 5分钟；4. 组合壳不连续应力的计算举例：10分钟； 5. 不连续应力的特性10分钟；6. 小结：5分钟。第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(一)1. 压力载荷引起的弹性应力：50分钟;2. 温度变化引起的弹性热应力：40分钟；3. 小结：5分钟。第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)1.弹塑性应力及其残余应力：40分钟；2.屈服压力和爆破压力：40分钟；3.提高屈服承载能力的措施：10分钟；4小结：10分钟。第七讲：2.4 平板应力分析(一)1. 平板的几何特征、分类及平板应用：10分钟；2. 圆平板对称弯曲分析模型：10分钟；3. 挠度微分方程：80分钟。第八讲：2.4 平板应力分析(二)1. 周边简支圆平板：50分钟；2. 周边固支圆平板：15分钟;3. 支承对刚度和强度的影响：10分钟;4. 薄圆平板的应力特点力：10分钟；5. 承受轴对称载荷的环板应力：10分钟；6. 小结：5分钟。第九讲：2.5壳体的稳定性分析(一)1. 稳定性与临界压力：10分钟;2. 受均布周向外压的长圆筒的临界压力：50分钟;3. 受均布周向外压的短圆筒的临界压力：10分钟;4. 外压薄壁圆柱壳的临界长度：10分钟;5. 周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳：10分钟;6. 形状缺陷对圆筒稳定性的影响：5分钟；7. 小结：5分钟。第十讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力1. 半球壳、碟形壳、 椭球壳、锥壳的的临界压力：15分钟;2. 局部应力的产生及其危害性：5分钟；3. 受内压壳体与接管连接处的局部应力：50分钟;4. 降低局部应力的措施：25分钟；5. 小结：5分钟。八、思考题、作业题第一讲：2.1 载荷分析；2.2 回转薄壳应力分析（一）1什么是回转薄壳？第二讲：2.2 回转薄壳应力分析（二）P84:1; P84:3第三讲：2.2 回转薄壳应力分析（三）P85:3; P85:4第四讲：2.2 回转薄壳应力分析（四）P84:4第五讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析（一）P84:6; P84:7第六讲：2.3 厚壁圆筒的应力分析(二)P84:10; P84:11第七讲：2.4 平板应力分析(一)P84:13第八讲：2.4 平板应力分析(二)P86:10第九讲：2.5壳体的稳定性分析(一)P84:15；P86:13; P86:16第十讲：2.5壳体的稳定性分析(二)；2.6典型局部应力P84:163 压力容器材料及环境和时间对其性能的影响一、主要内容 4. 压力容器材料5. 制造工艺对钢材性能的影响6. 环境对钢材的影响7. 压力容器材料选择二、教学目的及要求 1. 了解压力容器常用材料；2. 了解制造工艺和时间环境对钢材性能的影响及选材原则。三、教学重点 3. 压力容器常用钢材；4. 制造工艺及环境对钢材性能的影响；5. 材料选择原则。四、教学难点 无五、授课方式与主要教学手段授课方式为课堂讲授。教学手段采用多媒体课件。六、授课思路与教学过程首先回忆“金属材料及热处理”所学的相关知识，结合压力容器的特点讲授对材料的特殊要求。本章许多知识与“金属材料及热处理”和“压力容器制造工艺”课程重复，因而讲授重点放在环境对钢材性能的影响上，其它内容引导性讲授，介绍学生参考相关课程的相关章节。七、教学时间分配4. 压力容器材料: 20 分钟5. 制造工艺对钢材性能的影响: 10 分钟6. 环境对钢材的影响: 50 分钟7. 压力容器材料选择: 15 分钟8. 小结：5分钟八、思考题、作业题P106:1; P106:34 压力容器设计一、主要内容 第一讲：4.1概述；4.2设计准则1. 概述(3) 设计要求(4) 设计文件(5) 设计条件2.设计准则(5) 压力容器失效(6) 强度失效设计准则(7) 刚度失效设计准则(8) 稳定失效设计准则(9) 泄漏失效设计准则。第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一）1. 压力容器设计思想 2. 圆筒容器的筒体结构3. 内压圆筒的强度设计4. 设计技术参数的确定第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）1. 解析法求取外压圆筒的许用压力 2. 圆筒许用压力图算法原理3. 圆筒许用压力工程设计方法4. 圆筒体轴向许用压应力第四讲： 4.3.2圆筒设计（三）1. 外压圆筒的设计压力2. 稳定性系数3. 外压圆筒的计算长度4. 加强圈的间距5. 加强圈截面尺寸的确定6. 加强圈的结构设计第五讲： 4.3.3封头设计1. 半球形封头设计；2. 椭圆形封头设计；3. 碟形封头设计；4. 锥壳、变径段、平盖及紧缩口设计。第六讲： 4.3.4密封装置设计（一）1. 密封机理及分类2. 影响密封性能的主要因素3. 螺栓法兰连接设计第七讲： 4.3.4密封装置设计（二）1. 高压密封的基本特点2. 高压密封的结构形式3. 提高高压密封性能的措施4. 螺栓载荷计算第八讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计1. 补强结构2. 开孔补强设计原则3. 允许不另行补强的最大开孔直径4. 等面积补强计算5. 接管方位第九讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力实验1. 支座2. 检查孔3. 安全泄放原理4. 安全阀5. 爆破片6. 焊接接头形式7. 坡口形式8. 压力容器焊接接头分类9. 压力容器焊接结构设计的基本原则10. 压力容器常用焊接结构设计11. 耐压试验与气密性试验12. 试验压力及应力校核第十讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）1. 常规设计的局限性2. 压力容器的应力分类 3. 应力强度计算4. 应力强度限制 5. 分析设计的应用 第十一讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展1. 低循环疲劳曲线2. 压力容器的疲劳设计3. 影响疲劳寿命的其它因素4. 压力容器的可靠性设计5. 压力容器的优化设计6. 压力容器的计算机辅助设计二、教学目的及要求 第一讲：4.1概述；4.2设计准则1. 了解压力容器设计的基本知识；2. 掌握压力容器设计文件应包含的基本内容；3. 了解压力容器设计的各种失效准则，重点掌握强度和稳定性失效设计准则第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一）1. 了解压力容器设计思想 2. 了解厚壁圆筒的各种结构型式及特点3. 掌握内压圆筒的强度设计方法及设计技术参数的确定第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）1. 理解求取外压圆筒的许用压力的解析法2. 掌握外压圆筒许用压力图算法原理3. 掌握外压圆筒许用压力工程设计方法4. 掌握圆筒体轴向许用压应力第四讲： 4.3.2圆筒设计（三）1. 掌握外压圆筒设计参数的确定方法2. 理解加强圈的设计公式与步骤第五讲： 4.3.3封头设计1. 掌握内压半球形封头设计、椭圆形封头设计、碟形封头设计的设计；2. 掌握外压半球形封头设计方法；3. 了解外压椭圆形封头设计、碟形封头设计的设计4. 了解/锥壳、变径段、平盖及紧缩口设计。第六讲： 4.3.4密封装置设计（一）1. 理解密封机理；2. 了解影响密封性能的主要因素；3. 理解法兰标准及法兰的结构形式和种类；4. 掌握法兰密封的选用方法；5. 理解螺栓法兰连接设计计算。第七讲： 4.3.4密封装置设计（二）1. 掌握高压密封的基本特点2. 掌握高压密封的结构形式3. 了解提高高压密封性能的措施4. 理解螺栓载荷计算第八讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计1. 了解整体补强和各种局部补强的结构及特点；2. 理解开孔补强设计原则3. 掌握等面积补强的设计计算4. 理解不同的接管方位对补强计算面积的影响。第九讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力实验1. 了解压力容器支座的种类、结构及特点；2. 了解压力容器检查孔的用途及结构；3. 了解安全泄放原理及安全泄放装置的设计；4. 了解压力容器焊接接头的结构；5. 掌握压力容器焊接的接头分类；6. 理解压力容器耐压试验与气密性试验的目的、方法、步骤；7. 掌握试验压力及应力校核的方法。第十讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）1. 了解常规设计和分析设计的方法、特点和使用范围；2. 掌握压力容器的应力分类和一次应力、二次应力、峰值应力的定义、特征、及其对压力容器的影响；3. 理解应力强度计算方法；4. 掌握极限设计和安定性准则和各类应力的强度限制条件；5. 了解应力分析设计的一般步骤。 第十一讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展1. 掌握低循环疲劳曲线；2. 掌握压力容器的疲劳设计方法；3. 了解影响疲劳寿命的因素；4. 了解压力容器的可靠性设计5. 了解压力容器的优化设计6. 了解压力容器的计算机辅助设计三、教学重点 第一讲：4.1概述；4.2设计准则1. 压力容器设计文件;2. 压力容器设计强度和稳定性失效设计准则。第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一）1. 内压圆筒的强度设计2. 设计技术参数的确定第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）1. 掌握外压圆筒许用压力工程设计方法第四讲： 4.3.2圆筒设计（三）1. 外压圆筒设计参数的确定方法第五讲： 4.3.3封头设计1. 内压半球形封头设计和椭圆形封头设计；2. 外压半球形封头设计；3. 凸形封头直边段（短圆筒）的作用。第六讲： 4.3.4密封装置设计（一）1. 螺栓法兰连接的密封机理；2. 法兰标准及选用，垫片的选用。第七讲： 4.3.4密封装置设计（二）1. 高压密封的结构形式、特点及应用第八讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计1. 等面积补强的设计计算第九讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力实验1. 压力容器焊接的接头分类；2. 压力容器耐压试验与气密性试验的目的、方法、步骤；3. 试验压力及应力校核的方法。第十讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）1. 压力容器的应力分类；2. 极限设计和安定性准则。第十一讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展1. 压力容器的疲劳设计。四、教学难点 第一讲：4.1概述；4.2设计准则无第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一）1.对各种厚度的意义以及相互之间的关系的理解第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）1. 外压圆筒许用压力图算法的算图的设计思想，对弹性模量的处理。第四讲： 4.3.2圆筒设计（三）1. 加强圈的设计公式与步骤第五讲： 4.3.3封头设计1. 封头的结构。第六讲： 4.3.4密封装置设计（一）1. 螺栓法兰连接的强度设计计算。第七讲： 4.3.4密封装置设计（二）1. 高压密封的螺栓载荷计算。第八讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计1. 对补强面积的理解；2. 计算内插接管多余面积时，在接管厚度上减去了两个C2的原因.第九讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力实验无。第十讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）1. 安定性准则。第十一讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展1. 低循环疲劳曲线。五、授课方式与主要教学手段授课方式以课堂讲授为主。教学手段以电子教案为主，公式推导以板书为主。容器、封头、法兰、密封等的结构型式通过图片、实物和动画来展示。六、授课思路与教学过程本章内容是这门课程的核心章节，是最重要的两章之一。本章的教学内容直接面对工程实际，学习内容毕业生在工作中可以直接应用。因而学习过程主要结合现行的国家标准组织进行。内容上主要以压力容器及其附件的常规设计为主，同时介绍压力容器分析设计的基本思路。为拓展学生的视野和知识面，对国内外压力容器分析设计的最新发展和思想做概括性介绍。第一讲：4.1概述；4.2设计准则第一节首先回顾压力容器的特点、使用环境，导入压力容器设计的基本要求，达到基本要求应该进行哪些基本设计工作，完成设计工作需要的基本条件即设计的工艺条件。最后介绍一个压力容器的完整机械设计应该包含的全部设计文件。第二节要解决的问题是如何对压力容器进行设计。设计的目的是保证不失效，从而引出压力容器失效的几种形式，对相应的形式选择合适的失效判据，根据失效判据导出设计准则。在各种设计准则中重点学习强度设计准则，这是压力容器设计使用最多的基本设计准则。在介绍强度设计准则前带领学生一起回顾材料力学中相应的知识，便于学生理解和掌握。组织本讲内容时首先给学生一个整体思路，在黑板上写出并一直保留本讲要讲述的内容提纲和它们之间的相互关系。第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一）1. 用图片展示厚壁圆筒的各种结构。2. 讲授圆筒的强度设计时首先回顾圆筒的薄膜应力计算公式，由薄膜应力公式和设计准则推导强度设计公式；3. 本节概念较多，严格按照最新压力容器设计标准讲授，并做出解释，方便学生理解；4. 强度设计公式推出后，始终留在黑板上，在讲授设计参数时，围绕设计公式展开，使学生学习时条理清楚；5. 画出各种厚度的关系图，通过图形加强学生的理解和记忆；6. 讲述设计参数时，同时介绍各参数之间的相互关系。第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）1. 首先回顾失稳和临界压力的概念，在黑板上写出临界压力的计算公式；2. 用框图表述解析法的设计步骤；3. 由解析法在判断弹性还是塑性失稳带来的麻烦，导出图算法的设计思想；4. 由塑性材料的拉拉伸曲线导出图算法A-B的关系曲线：从而可以避免弹性模量的变化带来的计算的不便；5. 强调A-B关系图上的直线段可以插值法求取的理由是：此时材料处于弹性阶段。第四讲： 4.3.2圆筒设计（三）1. 按照国标规定的方法确定外压圆筒的设计压力及其原因；2. 外压球壳的稳定性系数为14.52的原因是实验值和理论值有巨大的差别，这是教材和参考书上没有讲清的。第五讲： 4.3.3封头设计按照最新标准讲授封头的设计公式。对于难以理解想象的封头结构结合图片、动画和实物来讲解。强调凸形封头直边段的意义，并布置一道作业。第六讲： 4.3.4密封装置设计（一）1. 由压力容器的应用导入密封装置设计;2. 重点介绍密封机理“当介质通过密封口的阻力大于密封口两侧的介质压力差时，介质就被密封”，强调界面不泄露是相对的，有条件的;3. 对各种法兰的结构形式和密封面形式结合三维图片讲解;4. 对各种垫片、法兰的标准和选用原则进行对比介绍;5. 螺栓和法兰的强度设计计算结合最新标准讲解。第七讲： 4.3.4密封装置设计（二）本讲是本章中的非重点内容。着重介绍高压密封的结构形式、特点及应用，让学生建立有关高压密封的基本概念，为今后在工作中遇到相关问题时，知道通过什么途径取寻找解决的方法。第八讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计1. 首先介绍压力容器为什么要开孔，以及开孔后对压力容器的影响，到出开孔补强的概念；2. 通过对开孔处压力容器的应力分析，说明开孔是如何破坏压力容器的强度，对压力容器哪一个截面影响最大，从而帮助学生找到应该对哪一个面积补强，以及补强面积应该如何计算。3. 结合开孔和接管三维图形讲授补强结构和有效补强面积；4. 讲解有效补强区的概念时，先回顾边缘应力的特性，以帮助学生理解和接受；5. 分析插入接管接触腐蚀介质的情况，学生便能理解在接管厚度上减去了两个C2的原因。第九讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力实验1. 结合新标准讲授焊接接头分类；2. 重点介绍耐压试验和气密性试验的不同目的，压力试验的方法、步骤、试验压力的计算，压力试验时的应力校核；3. 其它内容一般介绍。第十讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）回顾常规设计方法导出分析设计方法，并进行比较。列表讲授压力容器的应力分类，为方便理解，指出各类应力在压力容器上可能出现位置，并分析其特点。结合示意图讲述极限设计和安定性准则。第十一讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展1. 本讲首先介绍疲劳失效的事例，引出疲劳设计的思想。由压力容器的受力特征说明压力容器疲劳主要是低循环疲劳。2. 结合最新文献介绍压力容器设计技术进展。七、教学时间分配第一讲：4.1概述；4.2设计准则1. 课程导入：2分钟2. 设计要求：10分钟3. 设计文件：15分钟4. 设计条件：5分钟5. 强度失效设计准则：50分钟6. 刚度失效设计准则：10分钟7. 稳定失效设计准则和泄漏失效设计准则：5分钟8. 小结：3分钟第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一）1. 本讲导入及压力容器设计思想：5分钟2. 圆筒容器的筒体结构：15分钟3. 内压圆筒的强度设计：25分钟4. 设计技术参数的确定：50分钟5. 小结： 5分钟第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）1. 失稳和临界压力回顾：5分钟2. 解析法求取外压圆筒的许用压力： 15分钟3. 圆筒许用压力图算法原理：50分钟4. 圆筒许用压力工程设计方法：15分钟5. 圆筒体轴向许用压应力：15分钟第四讲： 4.3.2圆筒设计（三）1. 外压圆筒的设计压力：5分钟2. 稳定性系数：5分钟3. 外压圆筒的计算长度：10分钟4. 加强圈的间距：5分钟5. 加强圈截面尺寸的确定：50分钟6. 加强圈的结构设计：15分钟7. 小结与讨论：10分钟第五讲： 4.3.3封头设计1. 半球形封头设计：30分钟2. 椭圆形封头设计：20分钟3. 碟形封头设计：15分钟4. 锥壳、变径段、平盖及紧缩口设计：35分钟第六讲： 4.3.4密封装置设计（一）密封机理及分类：15分钟影响密封性能的主要因素：15分钟螺栓法兰连接设计：70分钟第七讲： 4.3.4密封装置设计（二）1. 高压密封的基本特点：15分钟2. 高压密封的结构形式：25分钟3. 提高高压密封性能的措施：10分钟4. 螺栓载荷计算：50分钟第八讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计1. 补强结构：10分钟2. 开孔补强设计原则：10分钟3. 允许不另行补强的最大开孔直径： 5分钟4. 等面积补强计算：70分钟5. 接管方位：5分钟第九讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力实验1. 支座和检查孔：10分钟2. 安全泄放设计：20分钟3. 焊接结构设计：20分钟4. 压力实验：50分钟第十讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）1. 常规设计的局限性：10分钟2. 压力容器的应力分类：20分钟3. 应力强度计算：30分钟4. 应力强度限制：30分钟5. 分析设计的应用：10分钟第十一讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展1. 低循环疲劳曲线：30分钟2. 压力容器的疲劳设计：15分钟3. 影响疲劳寿命的其它因素：5分钟4. 压力容器的可靠性设计：15分钟5. 压力容器的优化设计：10分钟6. 压力容器的计算机辅助设计：20分钟7. 小结：5分钟八、思考题、作业题第一讲：4.1概述；4.2设计准则P216:2; P216:3第二讲：4.3.1概述；4.3.2圆筒设计（一）P216:5; P217:6; P218:2第三讲： 4.3.2圆筒设计（二）1. 外压圆筒算图中的A和B之间的关系与材料什么性能参数相关？如何关联？2. 外压圆筒几何参数计算图是否与材料有关？为什么？第四讲： 4.3.2圆筒设计（三）1. 试述有哪些因素影响承受均布外压圆筒的临界压力？提高材料强度和设置加强圈对钢制外压容器的稳定性影响如何？第五讲： 4.3.3封头设计P217:14; P217:15第六讲： 4.3.4密封装置设计（一）P217:16,17,18第七讲： 4.3.4密封装置设计（二）P217:19第八讲： 4.3.5开孔和开孔补强设计P218:7; P217:20第九讲： 4.3.6支座和检查孔；4.3.7安全泄放设计；4.3.8焊接结构设计；4.3.9压力实验P217:24第十讲：4.4分析设计（Design by Analysis ）P217:26-28第十一讲：4.5疲劳分析；4.6 压力容器设计技术进展P217:295 储存设备一、主要内容 第1讲：5.1概述；5.2卧式储罐（一）1.储存设备的种类、特点；2.卧式储罐的基本结构；3.卧式储罐的设计计算：(1) 圆筒上的轴向应力；(2) 支座截面处圆筒和封头上的切向应力和封头的附加拉伸应力;(3) 支座截面处圆筒的周向弯曲应力计算；(4) 支座截面处圆筒的周向压缩应力计算。第2讲： 5.2卧式储罐（二）；5.3球形储罐1.卧式储罐的设计计算（续）(5) 周向弯曲应力和周向压缩应力的强度校核;(6) 鞍座强度校核。2. 球形储罐罐体。3. 球形储罐支座。4. 人孔和接管。5. 球形储罐附件。二、教学目的及要求 第1讲：5.1概述；5.2卧式储罐（一）1.了解储存设备的种类、用途及特点；2.了解卧式储罐的基本结构；3.理解卧式储罐各项的应力设计计算；4.理解卧式储罐的有关概念。第2讲： 5.2卧式储罐（二）；5.3球形储罐1 掌握卧式储罐的强度校核公式和方法；2 了解球形储罐及其附件的结构和应用特点。三、教学重点 第1讲：5.1概述；5.2卧式储罐（一）1.卧式储罐的设计计算。第2讲： 5.2卧式储罐（二）；5.3球形储罐1 卧式储罐的强度校核；2 球罐的基本结构。四、教学难点 第1讲：5.1概述；5.2卧式储罐（一）1.卧式储罐应力计算公式的推演第2讲： 5.2卧式储罐（二）；5.3球形储罐无五、授课方式与主要教学手段板书与电子教案相结合六、授课思路与教学过程本章讲授总体思路为：由储存设备的需求开始，先介绍储存设备的种类和结构特点，然后介绍储存设备的应力计算与强度校核。本章的各种设计计算公式较多较繁，有理论公式、经验公式。理论公式板书推演，经验公式中各符号的物理意义、来历讲解清楚。为方便学生在今后的工作中的应用，结合最新标准进行讲授。第1讲：5.1概述；5.2卧式储罐（一）1 图片展示并解说储存设备的种类及特点。2 应用图片和动画帮助学生理解卧式储罐的结构。3 卧式储罐的应力计算公式多且杂，对复杂理论公式采取板书推演，帮助学生了解公式的推导过程，方便学生理解。4 采用“双支座”、限制外伸端长度的原因必须解释清楚。最近关于最佳鞍座包角的大小学术上有争议，要向学生说明，引导学生的科学思维方法。5 布置两道思考题帮助学生理解有关概念。第2讲： 5.2卧式储罐（二）；5.3球形储罐1. 卧式储罐的强度校核按照最新的国家标准讲解。2. 球罐及其附件的结构结合电子图片讲解。七、教学时间分配第1讲：5.1概述；5.2卧式储罐（一）1. 上次课程回顾、过程设备、储存设备的导入：5分钟。2. 储存设备的种类、特点：10分钟。3. 卧式储罐的基本结构：10分钟。4. 卧式储罐的设计计算：70 分钟。5. 小结与作业：5 分钟第2讲： 5.2卧式储罐（二）；5.3球形储罐1 上次课程回顾：5分钟2 卧式储罐的设计计算（续）：30分钟3 球形储罐：60分钟4 小结与作业：5 分钟八、思考题、作业题第1讲：5.1概述；5.2卧式储罐（一）p245思考题-1，思考题-3，思考题-6第2讲： 5.2卧式储罐（二）；5.3球形储罐p245习题-16 换热设备一、主要内容 第1讲：6.1概述；6.2管壳式换热器（一）1. 换热设备的应用2. 换热设备分类及其特点3. 换热器选型4. 管壳式换热器的结构第2讲：6.2管壳式换热器（二）；6.3 传热