化工设备机械基础电子教案化工设备机械基础第二版

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑 化工设备机械基础电子教案化工设备机械基础第二版 XX教案 20XX 20XX学年 第1学期 课程名称 化工设备机械根基 授课对象 化工（含化工专升本） 授课教师 职 称 副教授 教材版本 赵军化工设备机械根基 参 考 书 XX学院教务处印制 化工设备机械根基教案（首页） 20XX20XX学年 第1学期 主讲教师 院(系)部 化学化工学院 教研室 化工教研室 职 称 副教授 学 历 本科 课程名称 化工机械根基 课程类别 专业必修课 课程序号 课程代码 授课专业 化学工程与工艺 总 学 时 62 讲授 62 测验 上机 其它 学 分 3 课程性质和目的 化工

2、设备机械根基是化工工艺类专业一门综合性的机械类技术根基课，包括工程力学根基（静力学、材料力学）、化工设备设计根基和机械传动三大片面。其任务是使学生掌管相关的根本理论、根本学识以及设计的根本方法，为从事化工设备机械的设计、使用、管理和维护打下根基。概括为： 1、掌管对化工设备中的受力构件举行强度、刚度和稳定性计算的根本理论和方法。 2、能为常用化工设备合理地选择材料。 3、掌管化工设备通用零部件的选用方法。 4、了解压力容器监察管理法规。 课程教学根本要求 1、本课程的教学应贯彻应用性原那么和重视素质培养原那么。要求理论分析与设计方法相结合，理论教学主要是讲清概念，学会应用，对数学推导一般不作演

3、绎。要重视分析实例、课堂议论、习题等教学环节，同时将课程内容与生产实习、课程设计、毕业设计相结合，培养学生理论联系实际的才能。 2、工程力学是课程教学的核心内容，是学好其他片面内容的根基，应着重抓好。其余教学内容那么可根据各专业的特点和安置学时（或学分）的多少选择讲授。对化工工艺专业那么要抓好化工设备设计根基，而机械传动片面可不作为重点。讲课要结合化工行业的实际，并允许对教学内容做必要调整和组合。 3、考核方式以闭卷为主，平日劳绩在期评劳绩中应占有确定的比重。 教 材与参考书 1、赵军等编，化工设备机械根基（其次版），化学工业出版社，2022年； 2、董大勤主编，化工设备机械根基，化学工业出版

4、社，2022年。 3、张新占主编，工程力学（上）、（下），西北工业大学出版社，2022年。 4、潘永亮主编，化工设备机械设计根基，科学出版社，1999年； 化工设备机械根基教案 序 号 第1次课 周 次 1 学 时 2 授课时间 20XX年X月X日 章节名称 1.物体的受力分析和静力平衡方程 1.1静力学根本概念 1.2约束和约束反力 1.3分开体和受力图 教学目的 与要求 1、使学生掌管力、刚体、平衡等静力学根本概念。 2、使学生掌管约束和约束反力概念。 3、使学生学会画受力图。 重点与难点 重点：1力、刚体、平衡等静力学根本概念。 2约束和约束反力概念。 3学会画受力图。 难点：学会画受力

5、图。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 概述 工程力学是一门研究物体机械运动及构件强度、刚度和稳定性的科学。 工程力学的两个根基片面：静力学和材料力学。 为保证构件正常工作，构件应当得志以下要求：(1) 强度要求 (2) 刚度要求 (3) 稳定性要求 1.1静力学根本概念 一、力的概念及作用形式 力：物体间相互的机械作用，单位：N，kN，力是矢量，F或F表示，既有大小又有方向 力的三要素：大小，方向，作用点 按力的作用方式分类可分为：外观力和体积力（eg.重力，磁力） 按作用面积大小可分为：集中力和分布力（kN/m） 二、刚体的概念 刚体：在任何处境下都不

6、发生变形的物体。它是抽象化概念，是一种变形很小处境下的梦想模型。 静力学中主要研究物体所受力系的简化及平衡条件，不研究变形，故可视为刚体。 三、平衡的概念 平衡状态：物体相对于地球静止或作匀速直线运动时的状态。是物体机械运动的特殊情形。并将作用于该物体上的力系称为平衡力系。 平衡力系：物体处于平衡状态时的力系。 二力平衡原理（公理）：作用于刚体上的两个力平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等，方向相反，并作用在同一向线上（等值、反向、共线） 二力构件：只受两力作用且处于平衡的构件，特点是：两力必沿作用点的连线。 加减平衡力系原理（公理）：在作用于刚体上的任何一个力系上，加上或减去任一平衡力系

7、，并不变更原力系对刚体的作用效应。 力的可传性原理：作用于刚体上的力，可沿其作用线移至刚体内任意一点，而不变更它对刚体的作用效应。故作用于刚体上力的三要素是大小、方向、作用线。 四、作用和反作用定律 作用和反作用定律：两物体间相互作用的力总是大小相等，作用线一致而指向相反，分别作用在这两个物体上。（重力与支持力） 作用于与反作用力不能与两力平衡中的一对平衡力混淆。 1.2约束和约束反力 自由体：能在空间作任意位移的物体，eg.飞机、火箭、卫星等。 非自由体：位移受到某些限制的物体，eg.悬挂着的灯。 主动力：能使物体运动或有运动趋势的力，eg.重力、电磁力、风力等，工程上也称为载荷。 约束：阻

8、碍非自由体运动的限制条件，eg.绳索就是灯的约束，铁轨是火车的约束。 约束反力：约束对物体的作用力，eg.T就是绳索对灯的约束反力。 典型（平面）约束类型： （1）柔索约束：绳子、链条、皮带、钢丝等柔性物体。绳索对物体的约束反力，作用点在接触点，方向沿绳索的中心线，而背离物体。 （2）梦想光滑面约束：物体接触面上的摩擦力相比其他力很小，可疏忽不计，这样的接触面为光滑面，不能限制切向方向运动，只能限制法向，其约束反力：沿接触面在接触点处的公法线且指向物体。 （3）圆柱铰链约束：如图,只限制两构件的相对移动，不限制相对转动，其约束反力为Fx、Fy，即通过销钉中心，沿接触点法线方向的约束反力。用圆柱

9、铰将构件与底座连接起来，构成铰支座。可分为： 固定铰支座，如图1-8a，可动铰支座，如图1-9a。 固定端约束：物体的一片面固嵌与另一物体所构成的约束，eg.电线杆等，图1-20(a)。固定约束反力有三个，FxA、FyA、MA。 1.3分开体和受力图 分开体：把研究对象从周边物体的约束中分开出来，成为自由体，此对象即为分开体。 受力图：单独画出物体轮廓，将作用在它上面的主动力与约束反力画在上面得到的图。 画受力图的步骤： （1）确定研究对象，并将其从周边物体的约束中分开出来，即取分开体（先取二力杆） （2）画已知力，如外力（载荷），重力等。 （3）画约束反力。根据约束类型，画出约束反力。 例：

10、1-1，1-2 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第2次课 周 次 1 学 时 2 授课时间 20XX年X月X日 章节名称 1.物体的受力分析和静力平衡方程 1.4力的投影、合力投影定理 1.5力矩、力偶 1.6力的平移 1.7平面力系的简化、合力矩定理 教学目的 与要求 1、使学生掌管合力投影定理。 2、使学生掌管力矩、力偶和力的平移。 3、使学生掌管力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。 重点与难点 重点：1合力投影定理。 2力矩、力偶和力的平移。 3力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。 难点：力的平移、平面力系的简化和合力矩定理。 授课方法 与手段 多媒体课

11、堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 1.4力的投影 合力投影定理 一、力的投影概念 从力矢量F的两端AB分别向x轴作垂足a,b，线段ab称为力F在x轴上的投影。 二、力在直角坐标轴上投影 力F在x（y）轴上的投影：从力F的起点A，终点B向ox（oy）轴作垂线得垂足a、b，线段ab称力F在x（y）轴上的投影。 若已知F的大小及其与x轴所夹的锐角 ，那么有： 力在坐标轴上的投影的特性：a.标量 b.符号，ab与x轴同向为正 c.平行力且等值时在坐标轴上投影一致 d.力平行移动后投影值不变 三、合力投影定律 合力：若一个力对刚体的作用效果与一个力系等效，那么此力称为该力系的合力，该力系中的

12、各个力称为此合力的分力。 合力投影定律：合力在任意轴上的投影，等于各分力在同一轴上投影的代数和。 1.5力矩 力偶 一、力矩 力矩：力的大小和力臂的乘积。 力偶：大小相等、作用相平行的两个反向力组成的力系。 力偶矩：力的大小和力偶臂的乘积。 力偶的性质：力偶无合力、力偶与位置无关、力偶矩大小转向不变时、力偶系可由力偶代替。 二、力偶与力偶矩 力偶作用面：力偶中两力所在的平面。 力偶臂：两力作用线间的垂直距离，以d表示。 力偶的特点：对刚体只产生转动效应而没有移动效应，力偶不能与一个力等效或平衡，只能被力偶平衡。 力偶矩：以乘积F.d作为度量力偶对物体的转动效应的物理量，记作m（F，F）或m=+

13、-Fd，力偶矩为代数量，力偶矩转向为逆时针时为正，单位Nm（kNm）与力矩同。 力偶中两力对其作用面内任一点的矩的代数和恒等于力偶矩。 力偶的特性：a.大小转向不变，力偶可在平面内任意移动或变更F、d的大小。C.力偶可移到与作用平面平行的平面内而不变更其作用效果。 力偶的三要素：力偶矩的大小、转向、作用平面。 1.6力的平移 力的平移定理：作用在刚体上的力可平行移动到刚体内任一点，但务必同时附加一个力偶，其力偶矩等于原力F对平移点的矩。 1.7平面力系的简化 合力矩定理 一、平面力系的简化 平面力系：各力的作用线都分布在同一平面内，既不汇交于同一点，又不完全平行。 平面力系向其作用面内任一点简

14、化，得到主矢FR和主矩Mo。 二、平面力系简化结果议论： 若FR0，Mo=0，那么原力系简化为一个合力FR，并通过简化中心的原力系的合力。 若FR =0，Mo0，那么原力系简化为一个力偶，力偶矩等于原力系对简化中心的主矩，与简化中心位置无关。 若FR0，Mo0，那么此力系可进一步简化为一个合力，使d=Mo/ FR，转移力偶。 若FR =0，Mo=0，那么原力系为平衡力系 三、合力矩定理 合力矩定理：当平面力系可以合成为一个合力时，那么其合力对于作用点内任一点的矩，等于力系中各分力对同一点的矩的代数和。 例：1-3，1-4 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第3次课

15、周 次 2 学 时 2 授课时间 20XX年X月X日 章节名称 1.物体的受力分析和静力平衡方程 1.8平面力系的平衡方程 1.9空间力系 教学目的 与要求 1、使学生掌管平面力系的平衡方程。 2、复习上节学到的力学根本概念，求解平衡系统的约束反力。 重点与难点 重点：平面力系的平衡方程。 难点：利用平面力系的平衡方程求解约束反力。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 1.8平面力系的平衡方程 物体在平面力系作用下处于平衡的充分必要条件：若主矢量FR=0，主矩MO=0，那么为平衡力系 例1-5 例1-6 例1-7 例1-8 例1-9 求解物体平衡问题的解题方

16、法和步骤： 确定研究对象，取分开体，画受力图。留神刚体之间作用力与反作用力之间的关系。 选取适合的坐标轴，列静力平衡方程。为例便于计算，坐标轴的方位应尽量与较多的力平行或垂直； 矩心尽量选在未知力作用线的交点上。 解平衡方程，求解未知力。 1.9空间力系 若作用在物体的力系中各力的作用线不在同一平面内，那么称该力系为空间力系。 一、力在直角坐标轴上的投影 一次投影法 二次投影法 合力投影定理同样适用于空间力系。 二、力对轴的矩合力矩定理同样适用于空间力系。 三、空间力系的平衡方程 公式（1-22） 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第4次课 周 次 3 学 时 2

17、授课时间 2022年9月19日 章节名称 2.拉伸、压缩与剪切 2.1轴向拉伸与压缩的概念和实例 2.2轴向拉伸或压缩时横截面上的内力 2.3轴向拉伸或压缩时横截面上的应力 2.4轴向拉伸与压缩时的变形 2.5材料在拉伸和压缩时的力学性能 2.6拉伸和压缩的强度计算 教学目的 与要求 1、使学生掌管直杆轴向拉伸及压缩的内力和应力的求解。 2、使学生掌管直杆轴向拉伸和压缩时的变形的求解。 重点与难点 重点：直杆轴向拉伸及压缩应力的求解。 难点：直杆轴向拉伸及压缩应力的求解。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 概述 一、材料力学的根本假设 连续性假设 平匀性假

18、设 各向同性假设 小变形假设 二、杆件的根本受力与变形形式 轴向拉伸与压缩 剪切 扭转 弯曲 2.1轴向拉伸与压缩的概念和实例 一、内力的概念 在材料力学中，凡作用在杆件上的载荷和约束反力均称为外力。杆件受外力而变形时，杆件内部各片面之间的相互作用力称为内力。 二、截面法 轴力 取构件的一片面为研究对象，利用静力学平衡方程求内力的方法，称为截面法。截面法求内力可按以下三个步骤举行： 1)截 沿欲求内力的截面，用假想平面把杆件分成两片面。 2)代 取其中一片面为研究对象，画出其受力图。在截面上用内力代替移去片面对留下片面的作用。 3)求 列出研究对象的静力平衡方程，确定未知的内力。 2.2轴向拉

19、伸或压缩时横截面上的内力 轴向拉伸、轴向压缩 拉力，符号为正； 压力，符号为负。 2.3轴向拉伸或压缩时横截面上的应力 一、应力的概念 应力：单位面积上的内力。 二、轴向拉伸和压缩时横截面上的正应力 横截面上的正应力s可以直接表示为 2.4轴向拉伸与压缩时的变形 一、 纵向变形 单位长度的伸长量来表征杆件变形的程度，称为线应变或相对变形。 二、 胡克定律 胡克定律：当应力不超过比例极限时，那么正应力与纵向线应变成正比。 三、 横向变形 在轴向力作用下，杆件沿轴向的伸长（缩短）的同时，横向尺寸也将缩小（增大）。 四、 泊松比 测验说明，对于同一种材料，当应力不超过比例极限时，横向线应变与纵向线应

20、变之比的十足值为常数。比值称为泊松比。 2.5材料在拉伸和压缩时的力学性能 一、材料在拉伸时的力学性能 1、 低碳钢在拉伸时的力学性能 （1）材料的刚度指标：第阶段 弹性阶段 （2）材料的强度指标：第阶段 屈服阶段、第阶段 强化阶段、第阶段 局部变形阶段 （3）材料的塑性指标 （4）冷作硬化现象 2、其它材料在拉伸时的力学性能 二、材料在压缩时的力学性能 2.6拉伸和压缩的强度计算 一、 极限应力、许用应力和安好因数 二、 拉伸和压缩时的强度条件计算 例题2-3、2-4、2-5 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第5次课 周 次 3 学 时 2 授课时间 2022年

21、9月22日 章节名称 2.拉伸、压缩与剪切 2.7应力集中的概念 2.8剪切与挤压的实用计算 教学目的 与要求 1、使学生了解应力集中的概念。 2、使学生掌管剪切与挤压的实用计算。 重点与难点 重点：1应力集中的概念。2剪切与挤压的实用计算。 难点：剪切与挤压的实用计算。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 2.7应力集中的概念 应力集中：等截面直杆应力平匀分布，但当截面有突变时，如有切口、圆孔、螺纹等，应力不再平匀分布，如图开有圆孔的薄板，应力急剧变化，这种因构件截面尺寸突然变化而引起的局部应力急剧增大的现象称为应力集中。 2.8剪切与挤压的实用计算 一、

22、 剪切的实用计算 剪力：用截面法沿剪切面截开，可能与截面相切的内力Q，称为剪力，可用平衡方程求解。 剪应力：对剪切构件用单位面积上平行于截面的内利来衡量内力的集度，单位MPa。 用公式求得的为名义剪应力（实际剪应力在截面上分布不平匀）或平均剪应力。 剪切强度计算 二、挤压的实用计算 剪切构件除受到剪切外还受到挤压作用，作用在作用面上的压力称挤压力，用p表示，即压力的作用面称挤压面。 材料的许用挤压应力。 挤压面为平面时，挤压面积Ap等于挤压面； 当挤压面为圆柱时，挤压面积Ap为圆柱投影面积。 例2-6 例2-7 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第6次课 周 次 4

23、 学 时 2 授课时间 2022年9月26日 章节名称 3.扭转 3.1扭转的概念和实例 3.2扭转时外力和内力的计算 3.3纯剪切 3.4圆轴扭转时的应力 教学目的 与要求 1、使学生掌管扭转的概念和实例。 2、使学生掌管扭转时外力和内力的计算。 重点与难点 重点：1掌管扭转的概念和实例。2掌管扭转时外力和内力的计算。 难点：扭转时外力和内力的计算 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 3.1扭转的概念和实例 扭转是杆件的又一种根本变形形式。 扭转的受力特点：外力为一组外力偶，且力偶的作用面垂直于杆件的轴线。扭转的变形特点：杆件的任意两个横截面绕轴线相对转过

24、一个角度，此角称相对扭转角AB，表示截面B对截面A的相对扭转角。 3.2扭转时外力和内力的计算 一、外力偶矩的计算 作用于轴上的外力偶矩，通常不是直接给出其数值，而是给出轴的转速n(r/min)和轴所传递的功率P(kW)，这时需要按照理论力学中推导的功率、转速、力矩三者的关系式来计算外力偶矩的数值，即 （1） 二、扭转和扭矩图 用截面法计算轴内力-扭矩T，步骤：截，取，平衡方程求T，画扭矩图。 T的符号规定：右手螺旋法那么。例：3-1 3.3纯剪切 一、薄壁圆筒扭转时的剪应力 二、剪应力互等定理 = 相互垂直的两个截面上剪应力成对展现，且数值相等； 两者都垂直于两平面的交线且方向相背或相知。

25、剪应力符号判断 三、剪应变、剪切胡克定律 =G，G为剪切弹性模量，MPa，剪应变，无量纲。 3.4圆轴扭转时的应力 一、变形几何关系 圆轴扭转的平面假设：原为平面的横截面变形后仍保持为平面，只是各横截面相对地转过了一个角度。这就是圆轴扭转的平面假设。 二、应力应变关系 横截面上任意一点A的剪应力与扭矩T及距离OA(=)成正比。 三、静力学关系 极惯性矩：可推导出圆轴扭转横截面上任一点的剪应力p计算公式： 抗扭截面模量：当=D/2时, ，Wt= Ip/(D/2) Wt为抗扭截面模量。 （1）空心圆截面极惯性矩 式中=d/D为横截面内外径之比。 扭转截面系数 （2）实心圆截面 将d=0及=d/D=

26、0代入上两式，即可得实心圆截面对形心的极惯性矩和扭转截面系数分别为： 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第7次课 周 次 4 学 时 2 授课时间 2022年9月29日 章节名称 3.扭转 3.5圆轴扭转时的强度条件 3.6圆轴扭转时的变形和刚度条件 教学目的 与要求 1、使学生掌管圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件。 重点与难点 重点：1掌管圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件。 难点：圆轴扭转时的强度条件、变形和刚度条件。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 3.5圆轴扭转时的强度条件 前面已经得到,圆轴扭转时横截面上的最大

27、剪应力在截面的周边上. 圆轴扭转时的强度条件为：塑性材料：=（0.50.6） 脆性材料：=（0.81.0） 强度条件公式工程上可用来举行强度校核、截面设计、确定许用载荷。 例：3-2，3-3 3.6圆轴扭转时的变形和刚度条件 一、 圆轴扭转时的变形 圆轴扭转变形的标志是两个横截面间的相对扭转角。 相对扭转角 T扭矩 l-截面间距 GIp抗扭刚度 二、圆轴扭转时的刚度条件 ：单位长度许用扭转角（度/米、弧度/米） 例：3-4 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第8次课 周 次 6 学 时 2 授课时间 2022年10月10日 章节名称 4.弯曲 4.1弯曲的概念和实例

28、 4.2剪力和弯矩 4.3剪力图和弯矩图 教学目的 与要求 1、使学生掌管弯曲的概念和实例。 2、使学生掌管剪力和弯矩的求解。 3、使学生掌管作剪力图和弯矩图。 重点与难点 重点：1弯曲的概念和实例。2剪力和弯矩的求解3剪力图和弯矩图。 难点：剪力和弯矩的求解。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 4.1弯曲的概念和实例 弯曲是工程实际中最常见的一种根本变形形式。 平面弯曲。P49图4-5，全体外力均垂直于梁的轴线并作用于纵向对称面，变性后梁的轴线在纵向对称面内弯曲成一条平面曲线，这种弯曲变形成为平面弯曲，梁可用轴线代替，梁的横截面外形如图4-4等。 4.2

29、剪力和弯矩 用截面法求静定梁的内力剪力和弯矩 步骤： （1）用静力学方程求支座反力 ； （2）用截面法求内力； 例4-1简支梁受集中力作用 4.3剪力图和弯矩图 Q=Q（x）剪力方程，剪力沿梁变化的曲线为剪力图 M=M（x）-弯矩方程，弯矩沿梁变化的曲线为弯矩图 剪力图和弯矩图的规律：5个 例4-2 例4-3 例4-4 例4-5 例4-6 作业布置：课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第9次课 周 次 6 学 时 2 授课时间 2022年10月13日 章节名称 4.弯曲 4.4纯弯曲时梁横截面上的正应力 4.5惯性矩的计算 教学目的 与要求 1、使学生掌管纯弯曲时梁横截面上的正应

30、力概念。 2、使学生掌管惯性矩的计算。 重点与难点 重点：1纯弯曲时梁横截面上的正应力。2惯性矩的计算。 难点：惯性矩的计算。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 4.4纯弯曲时梁横截面上的正应力 梁上一般有内力Q与M，即存在与，但一般为次要因素，主要为，故考虑纯弯曲。 当梁的横截面上仅有弯矩而无剪力，从而仅有正应力而无切应力的处境，称为纯弯曲。 一、平面假设和变形几何关系 梁弯曲时，横截面上任一点处的正应力与该截面上的弯矩成正比，与惯性矩成反比，并沿截面高度呈线性分布。y值一致的点，正应力相等； 中性轴上各点的正应力为零。在中性轴的上、下两侧，一侧受拉，一

31、侧受压。距中性轴越远，正应力越大。 二、物理关系和应力分布 胡克定律 三、静力学关系 当y=ymax时，弯曲正应力最大，其值为 式中，称为截面对于中性轴的弯曲截面系数，是一个与截面外形和尺寸有关的几何量。 4.5惯性矩的计算 一、简朴截面图形的惯性矩 1、矩形截面 2、圆形及圆环形截面 二、组合截面图形的惯性矩、平行移轴公式 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第10次课 周 次 7 学 时 2 授课时间 2022年10月20日 章节名称 4.弯曲 4.6弯曲正应力的强度条件 教学目的 与要求 1、使学生掌管弯曲正应力的强度条件。 重点与难点 重点：1弯曲正应力的强度

32、条件。 难点：弯曲正应力的强度条件。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 4.6弯曲正应力的强度条件 例题4-8工字钢的抗弯截面系数查国家标准GB/T706-1988 例题4-9由于横截面对中性轴不对称，分别计算B截面和D截面的拉应力 由于许用压应力与许用拉应力不同，分别计算B截面和D截面的压应力 作业布置：课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第11次课 周 次 7 学 时 2 授课时间 2022年10月20日 章节名称 4.弯曲 4.7梁弯曲时切应力 4.8弯曲变形 4.9提高粱弯曲强度和刚度措施 教学目的 与要求 1、使学生掌管纯弯曲时梁横

33、截面上的切应力概念。 2、使学生掌管梁的弯曲变形。 3、使学生掌管提高粱弯曲强度和刚度措施。 重点与难点 重点：提高粱弯曲强度和刚度措施。 难点：梁的刚度校核。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 4.7*梁弯曲时的切应力 几种常见截面梁上弯曲切应力的大致分布规律及最大切应力。 4.8 弯曲变形 工程中的梁除了要得志强度条件之外，对弯曲变形也有确定的限制。 根据工程实际中的需要，为了限制或利用构件的变形，务必研究梁的变形规律。 一、挠曲线、挠度和转角 二、挠曲线的近似微分方程 梁的挠曲线近似微分方程。求梁变形的方法通常称为积分法。 三、用叠加法求梁的变形 四

34、、梁的刚度校核：wmaxw ； qmaxq 4.9 提高粱弯曲强度和刚度的措施 一、合理安置梁的受力处境 1.采取适当地分散载荷。2.采用合理布置梁的支座 二、选择合理的截面外形 由弯曲正应力强度条件看，梁横截面的抗弯截面系数Wz越大，粱的强度就越高。工字形或槽形截面最经济合理，圆形截面最差。从弯曲刚度角度看，在同等截面面积条件下，工字形和槽形截面比矩形和圆形截面有更大的惯性矩，因而可提高梁的弯曲刚度。 作业布置 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第12次课 周 次 8 学 时 2 授课时间 2022年10月24日 章节名称 5 应力状态分析、强度理论、组合变形 5.1 应力状

35、态的概念 5.2 平面应力状态分析 5.3 三向应力状态简介、广义虎克定律 教学目的 与要求 1、使学生掌管应力状态概念和广义虎克定律。 重点与难点 重点：使学生掌管应力状态概念和广义虎克定律。 难点：应力状态概念。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 5.1 应力状态的概念 一、一点的应力状态 通过受力构件上一点的全体各个不同截面上应力的集合，称为该点的应力状态。 二、主平面和主应力 主平面：单元体上切应力为零的平面，主应力：主平面上的正应力。 单向应力状态：一点的三个主应力中若只有一个主应力数值不为零图5-3（a）； 二向应力状态：一点的三个主应力中若有

36、两个不为零图5-3（b）； 三向应力状态：一点的三个主应力中若三个都不为零图5-3（c）。 5.2 平面应力状态分析 x、y分别表示作用在x、y轴垂直平面上的正应力。切应力的第一个下标表示其作用面，其次个下标表示其方向（如xy表示作用在与x轴垂直的平面上且与y轴方向平行的切应力）。根据切应力互等定理，xy = yx。应力的符号规定同前。 一、任意斜截面上的应力 二、主平面和主应力 极值正应力所在的平面就是切应力等于零的平面，即主平面。 由于主平面上的正应力是主应力，所以主应力就是最大或最小的正应力。 三、极值切应力 ， 这说明极值切应力所在平面与主平面成45角。留神：此处所指的极值切应力是指平

37、面应力状态下于零应力垂直的各斜截面中的切应力的机制，并不指三向应力状态下单元体最大切应力。 例：5-2 例：5-3 5.3 三向应力状态简介 广义虎克定律 一、 三向应力状态的最大应力 设三向应力状态的三个主应力为1、2、3。可以证明，过该点全体截面上的最大正应力为1，最小正应力为3，即 二、广义胡克定律 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第13次课 周 次 8 学 时 2 授课时间 2022年10月27日 章节名称 5 应力状态分析、强度理论、组合变形 5.4 强度理论简介 5.5组合变形的强度计算 教学目的 与要求 1、使学生掌管四个强度理论。 2、使学生掌管杆

38、件组合变形时的强度计算。 重点与难点 重点：1使学生掌管四个强度理论。 难点：杆件组合变形时的强度计算。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 5.4 强度理论简介 一、脆性断裂理论 1最大拉应力理论（第一强度理论） 2. 最大伸长线应变理论（其次强度理论） 二、塑性屈服理论 1. 最大切应力理论（第三强度理论） 2. 畸变能密度理论（第四强度理论） 三、强度理论的统一形式 r r称为相当应力。它由三个主应力按确定形式组合而成。 例：5-4 5.5 组合变形的强度计算 一、组合变形的概念与实例 工程实际中，一些杆件往同时产生两种或两种以上的根本变形，这类变形形

39、式称为组合变形。 二、拉伸（或压缩）与弯曲的组合 例：5-5 三、弯曲与扭转的组合 例：5-7 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第14次课 周 次 9 学 时 2 授课时间 2022年11月6日 章节名称 6 疲乏 6.1交变应力的概念 6.2疲乏的概念 6.3 耐久极限 6.4 提高构件疲乏强度的措施 教学目的 与要求 1、使学生交变应力、疲乏、耐久极限等概念及工程现象 2、使学生掌管提高构件疲乏强度的措施 重点与难点 重点：1交变应力、疲乏、耐久极限等概念。2提高构件疲乏强度的措施 难点：交变应力、疲乏、耐久极限等概念 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议

40、论、课后作业。 根本教学内容： 6.1交变应力的概念 交变应力：在工程中，有些构件的应力大小或方向随时间作周期性变化，这种应力称为交变应力。 6.2疲乏的概念 疲乏：构件在交变应力下的破坏现象，工程上习惯称为“疲乏”破坏。 6.3 耐久极限 一、材料的耐久极限 耐久极限：在交变应力作用下，材料经过多数次循环而不发生破坏的最大应力称为耐久极限，也称为疲乏极限。 二、 影响构件耐久极限的因素 （1）构件形状的影响 （2）构件尺寸的影响 （3）构件外观质量的影响 三、对称循环下构件的耐久极限 6.4 提高构件疲乏强度的措施 1、减缓应力集中 2、降低外观粗糙度 3、增加外观强度 作业布置： 课后自我

41、总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第15次课 周 次 9 学 时 2 授课时间 2022年11月3日 章节名称 7 化工设备设计根基概述 7.1 容器的布局与分类 7.2 容器机械设计的根本要求 7.3 容器的标准化设计 7.4 化工容器常用金属材料的根本性能 教学目的 与要求 1、使学生掌管容器的布局与分类 2、使学生掌管过程设备常用金属材料的根本性能 重点与难点 重点：1容器的布局与分类。2过程设备常用金属材料的根本性能。 难点：金属材料的根本性能。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 7.1 容器的布局与分类 一、容器的布局 在化工厂和石油化工

42、厂，有各种各样的设备。这些设备按照它们在生产过程中的原理，可以分为回响设备、换热设备、分开设备和储运设备。 二、容器的分类 容器通常可按容器的外形、容器厚度、承压性质、工作温度、支承形式、布局材料及容器的技术管理等举行分类。 7.2容器机械设计的根本要求 容器的总体尺寸（例如回响釜釜体容积的大小，釜体长度与直径的比例，传热方式及传热面积的大小； 又如蒸馏塔的直径与高度，接口管的数目，方位及尺寸等），一般是根据工艺生产要求，通过化工工艺计算和生产阅历抉择的。这些尺寸通常称为设备的工艺尺寸。 当设备的工艺尺寸初步确定之后，可举行布局、强度设计，设计时应得志： 强度刚度稳定性 耐久性密封性节省材料和

43、便于制造便当操作和便于运输 7.3容器的标准化设计 一、标准化意义 为便于设计，有利于成批生产，提高质量，便于互换，降低本金，提高劳动生产率，我国各有关部门对容器的零部件(例如封头、法兰、支座、人孔、手孔、视镜、液面计等)举行了标准化、系列化工作，大量化工设备(例如贮槽、换热器、搪玻璃与陶瓷回响器)也有了相应的标准。 二、容器零部件标准化的根本参数 1. 公称直径 2. 公称压力 7.4 化工容器常用金属材料的根本性能 一、力学性能 构件在使用过程中受力超过某一限度时，就会发生塑性变形，甚至断裂失效。是指材料在外力作用下表现出变形、破坏等方面的特性（如弹性、塑性、强度、硬度、韧性等特性指标）。

44、 1、强度 2、塑性 3、韧性 4、硬度 5、材料在高温下的力学性能 二、物理性能 相对密度、熔点、热膨胀系数、导热系数和导电性等。使用时可查有关手册。 三、化学性能 材料在所处介质中的化学稳定性，即材料是否会与介质发生化学和电化学回响而引起腐蚀。金属的化学性能主要是耐腐蚀性和抗氧化性。 四、工艺性能 铸造性、可锻性、焊接性、切削加工性、热处理性能和冷弯性能等。 五、其他性能 1. 组织稳定性 2. 抗松弛性 3. 应变时效敏感性 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第16次课 周 次 10 学 时 2 授课时间 2022年11月7日 章节名称 8 内压薄壁容器设计根

45、基 8.1 回转壳体的几何特征 8.2回转壳体薄膜应力分析 教学目的 与要求 1、使学生掌管内压薄壁容器的设计 2、使学生掌管薄壁容器的几何特征 重点与难点 重点：1使学生掌管内压薄壁容器的设计2使学生掌管回转壳体薄膜应力分析。 难点：回转壳体薄膜应力分析 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 8.1 回转壳体的几何特性 一、 根本概念 1. 回转壳体壳体中间面由直线或平面曲线绕同平面内的固定轴线旋转一周而形成的壳体。 2. 轴对称壳体的几何外形、约束条件和所受外力都对称于回转轴的问题。化工容器就其整体而言，通常属于轴对称问题。 （1）中间面与壳体内外外观等距

46、离的曲面。 内外外观间的法向距离即为壳体厚度。对于薄壁壳体，可以用中间面来表示它的几何特性。 （2）母线由平面曲线AB绕回转轴OA旋转一周而成，形成中间面的平面曲线AB称为“母线”。 （3）经线假设通过回转轴作一纵截面与壳体曲面相交所得的交线（AB、AB“）称为“经线”。鲜明，经线与母线的外形是完全一致的。 （4）法线通过经线上的一点M垂直于中间面的直线，称为中间面在该点的“法线”（n），法线的延长线必与回转轴相交。 （5）纬线以过N点的法线为母线作圆锥面与壳体中间面正交，得到的交线 （6）第一曲率半径中间面上一点M处经线的曲率半径称为该点的第一曲率半径，用R1表示。 （7）其次曲率半径通过经

47、线上一点M的法线作垂直于经线的平面，其与中间面相交形成曲线ME，此曲线在M点处的曲率半径称为该点的其次曲率半径，用R2表示。 二、根本假设 假定壳体是完全弹性的，材料具有连续性、平匀性和各向同性。对薄壁壳体，常采用以下两点假设而使问题简化。 1. 直法线假设壳体在变形前垂直于中间面的直线段，在变形后仍保持直线，并垂直于变形后的中间面，且直线段长度不变。由此，沿厚度各点的法向位移均一致，变形前后壳体厚度不变。 2. 互不挤压假设壳体各层纤维变形后均互不挤压。由此假设，壳壁的法向应力与壳壁其他应力分量相比是可以疏忽的小量。 8.2 回转壳体薄膜应力分析 一、 薄膜应力理论的应力计算公式 1经向应力

48、计算公式 2环向应力计算公式 二、轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第17次课 周 次 10 学 时 2 授课时间 2022年11月10日 章节名称 8 内压薄壁容器设计根基 8.3 典型回转壳体的应力分析 8.4内压圆筒边缘应力的概念 教学目的 与要求 1、使学生掌管内压薄壁容器的应力分析 重点与难点 重点：使学生掌管内压薄壁容器的应力分析 难点：内压薄壁容器的应力分析和边缘应力 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 8.3 典型回转壳体的应力分析 一、受内压的圆筒形壳体 对于圆柱壳体，根据薄膜应

49、力理论，其经向应力与环向应力分别为 （8-3） （8-4） 二、受内压的球形壳体 球壳的母线是半径为D/2的半圆周，球壳上任一点的第一曲率半径R1与其次曲率半径R2均一致，且等于球壳的平均半径，即R1 = R2 = D/2。由薄膜应力理论可知，其经向应力与环向应力分别为 （8-5） （8-6） 三、受内压的椭球壳体 经向应力与环向应力分别为 （8-9） （8-10） 四、受内压的锥形壳体 锥形壳体的经向应力与环向应力为 （8-11） （8-12） 五、承受液体静压作用的圆筒壳体 1沿底部边缘支承的圆筒 2沿顶部边缘支承的圆筒 8.4内压圆筒边缘应力的概念 一、边缘应力的概念 以筒体与封头联接为

50、例，若平板盖具有足够的刚度，受内压作用时变形很小。而壳壁较薄，变形量较大，两者连接在一起，在联接处(即边缘片面)筒体的变形受到平板盖的约束，因此产生了附加的局部应力(即边缘应力)。边缘应力数值很大，有时能导致容器失效，设计时应予重视。 二、边缘应力的特点 （1）局部性 不同性质的连接边缘产生不同的边缘应力，但它们都有一个明显的衰减波特性。 （2）自限性 发生边缘弯曲的理由是由于薄膜变形不连续。自然，这是指弹性变形。当边缘两侧的弹性变形相互受到约束，必然产生边缘力和边缘弯矩，从而产生边缘应力。但是当边缘处的局部材料发生屈服进入塑性变形阶段时，上述这种弹性约束开头缓解，因而原来不同的薄膜变形便趋于

51、协调，于是边缘应力就自动限制。这就是边缘应力的自限性。 三、对边缘应力的处理 （1）由于边缘应力具有局部性，在设计中可以在布局上只作局部处理。 （2）只要是塑性材料，即使边缘局部某些点的应力达成或者说超过材料的屈服极限，邻近尚未屈服的弹性区也能够抑制塑性变形的进展，使塑性区不再扩展，故大多数塑性较好的材料制成的容器 （3）由于边缘应力具有自限性，属二次应力，它的危害性就没有薄膜应力大。 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第18次课 周 次 11 学 时 2 授课时间 2022年11月14日 章节名称 9 内压薄壁圆筒和球壳设计 9.1 概述 9.2 内压薄壁圆筒和球

52、壳强度计算 教学目的 与要求 1、使学生掌管内压薄壁容器的设计 2、使学生掌管薄壁容器的几何特征 重点与难点 重点：1内压薄壁圆筒和球壳设计。 难点：1内压薄壁圆筒和球壳设计。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 9.1 概述 在压力容器的设计中，一般都是根据工艺要求先确定其内直径。强度计算的任务就是根据给定的内直径、设计压力、设计温度以及介质腐蚀等条件，设计出适合的厚度，以保证设备能在规定的使用寿命内安好稳当的运行。 9.2 内压薄壁圆筒和球壳强度计算 一、薄壁圆筒强度计算公式 1、理论计算强度（计算厚度） 2、设计厚度与名义厚度 3、有效厚度 4、压力容

53、器的最小厚度 二、薄壁球壳强度计算公式 三、设计参数确实定 1、设计压力 2、计算压力 3、设计温度 4、许用应力 5、焊接接头系数 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第19次课 周 次 11 学 时 2 授课时间 2022年11月17日 章节名称 9 内压薄壁圆筒和球壳设计 9.3 容器的压力试验 教学目的 与要求 1、使学生掌管容器的压力试验。 重点与难点 重点：1容器的压力试验。难点：无。 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 9.3 容器的压力试验 容器在制成以后或检修后投入生产之前，要举行压力试验，其目的在于检验容器的宏观

54、强度和有无渗漏现象，以确保设备的安好与正常运行。 对于需要举行焊后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能举行压力试验和气密试验； 对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝举行局部热处理之后，再举行压力试验。 一、试验压力 液压试验压力，按下式确定 式中 PT试验压力，MPa，立式容器卧置作液压试验时，试验压力应为立置时的试验压力加液体静压力； p设计压力，MPa； 试验温度下材料的许用应力，MPa； t设计温度下材料的许用应力，MPa； 气压试验压力，按下式确定 二、压力试验的要求与试验方法 1.液压试验 将容器弥漫液体（在容器最高点设排气口）

55、，待容器壁温与液体温度一致时缓慢升压到规定试验压力后，保压时间一般不小于30min，然后将压力降到规定试验压力的80%，并保持足够长时间以对全体焊缝和连接部位举行检查，如有漏泄，修补后重新试验。液压试验时，留神事项。 2.气压试验 对不适合作液压试验的容器，可采用气压试验。所用气体应为枯燥、清白的空气，氮气或其他惰性气体。试验气体温度一般应不低于15。试验程序如下。 3.气密试验 容器须经液压试验合格后，方可举行气密试验。其方法是：首先缓慢升压至试验压力保持10min，然后降至设计压力，同时举行检查，气体温度应不低于5。 器作定期检验时，若容器内有残留易燃气体存在会导致爆炸时，那么不得使用空气

56、作为试验介质。 三、压力试验前的应力校核 在压力试验前，应对试验压力下产生的圆筒应力举行校核，即容器壁内所产生的最大应力不超过所用材料在试验温度上屈服极限的90%（液压试验）或80%（气压试验）。 试验类型 试验压力 强度条件 说明 备注 液压试验 立式容器卧置举行水压试验时，试验压力应取立置试验压力加液柱静压力。 压力试验时，由于容器承受的压力pT 高于设计压力p，故必要时需举行强度效核。 气压试验 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第20次课 周 次 12 学 时 2 授课时间 2022年11月21日 章节名称 10内压容器封头的设计 10.1 凸形封头 10.

57、2锥形封头 教学目的 与要求 1、使学生掌管内压容器封头的设计 重点与难点 重点：1使学生掌管内压容器封头的设计 难点：内压容器封头的设计 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 10 内压容器封头的设计 容器封头又称端盖，是容器的重要组成片面，按其外形分为三类：凸形封头、锥形封头和平板形封头。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头（或称带折边的球形封头）、球冠形封头（或称无折边球形封头）四种。采用什么样的封头要根据工艺条件的要求、制造的难易和材料的消耗等处境来抉择。 10.1 凸形封头 一、半球形封头 二、椭圆形封头 三、碟形封头 四、球冠形封头 1

58、0.2 锥形封头 1、锥形封头的布局要求及计算 2、锥形封头的标准 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第21次课 周 次 12 学 时 2 授课时间 2022年11月24日 章节名称 10 内压容器封头的设计 10.3 平板封头10.4 封头的布局特性及选择 教学目的 与要求 目的：1使学生掌管内压容器封头的设计 重点与难点 重点：1使学生掌管内压容器封头的设计 难点：内压容器封头的设计 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 10.3 平板封头 1、圆形平盖厚度的计算 2、非圆形平盖厚度的计算 10.4 封头的布局特性及选择 从受力

59、处境来看，半球形封头最好，椭圆形、碟形其次，球冠形、锥形更次之，而平板最差。从制造角度来看，平板最轻易，球冠形、锥形其次，碟形、椭圆形更次，而半球形最难；就使用而论，锥形有其特色，用于压力不高的设备上，椭圆形封头用作大多数中低压容器的封头，平板封头用作常压或直径不大的高压容器的封头，球冠形封头用作压力不高的场合或容器中两独立受压室的中间封头，半球形封头一般用于大型储罐或高压容器的封头。 作业布置： 课后自我总结分析： 化工设备机械根基教案 序 号 第22次课 周 次 13 学 时 2 授课时间 2022年11月28日 章节名称 11 外压容器设计根基 11.1 概述 11.2临界压力 11.3

60、外压容器设计方法及要求 教学目的 与要求 1、使学生掌管外压容器设计 重点与难点 重点：1使学生掌管外压容器设计 难点：外压容器设计 授课方法 与手段 多媒体课堂讲授、课堂议论、课后作业。 根本教学内容： 11.1 概述 一、外压容器的失稳 二、圆筒失稳形式的分类 1. 周向失稳圆筒由于平匀径向外压引起的失稳叫做周（侧）向失稳，周向失稳时壳体断面由原来的圆形被压瘪而呈现波形，其波数n可以为2，3，4，如图11-1所示。 2. 轴向失稳假设一个薄壁圆筒承受轴向外压，当载荷达成某一数值时流失稳定性，但在失去稳定时，依旧具圆形环截面，只是破坏了母线的直线性，母线产生了波形，即圆筒发生了褶皱。 3.