《过程装备应用力学》课程教学大纲

1、过程装备应用力学课程教学大纲一、课程基本信息课程代码：03160316课程名称：过程装备应用力学课程英文名称：The Apply Mechanics of Process Equipment课程所属单位：机械系过程装备与控制工程教研室课程面向专业：过程装备与控制工程课程类型：必修课先修课程：理论力学、材料力学、机械制造基础、工程材料学分：3总学时：48 二、课程性质与目的本课程是“过程装备与控制工程”专业基础课。本课程简要介绍了弹性力学和塑性力学的基础知识和分析方法，薄板和薄壳的工程理论。通过本课程的学习，使学生在工程力学的基础上进一步掌握变形体力学的基本概念和研究方法，了解弹塑性理论的基本内

2、容、薄板理论、旋转薄壳理论，机械振动等。掌握在过程装备设计中所应用的基本力学理论和分析方法，为学习化工容器设计和过程装备设计等专业课程奠定相关力学基础。此外，增加部分近年来发展的新知识，如广泛用于压力容器分析设计的有限单元法，疲劳设计，断裂力学等方法。三、课程教学内容与要求第一章 弹性力学基本方法和平面问题解答 教学内容与要求：掌握弹性力学的基本概念，掌握弹性力学基本方程及其求解方法弹性力学的内容和基本概念 ：弹性力学的内容；弹性力学中的几个基本概念；弹性力学基本方程弹性力学的平面问题：平面应力和平面应变；平面问题的基本方程；平面问题的边界条件；圣维南原理；平面问题的解法；应力函数 弹性力学平

3、面问题的极坐标解答：极坐标中的基本方程；平面轴对称问题；解法举例教学重点：弹性力学基本方程，按应力求解平面问题、圣维南原理，极坐标中解答轴对称问题教学难点：微元体分析方法，圣维南原理，极坐标中解答轴对称问题第二章 厚壁圆筒的弹塑性应力分析1、教学内容与要求：掌握厚壁圆筒的弹塑性力学问题的求解方法（1）厚壁圆筒的弹性应力分析：厚壁圆筒的基本方程；厚壁圆筒的应力和位移解；温差应力问题；组合圆筒的应力分析 （2）厚壁圆筒的弹塑性应力分析：简单应力状态下的弹塑性力学问题；屈服条件；厚壁圆筒的弹塑性分析 2、教学重点： 厚壁圆筒的弹塑性应力分析，屈服条件3、教学难点：塑性应力分析，Tresca屈服条件和

4、Mises屈服条件第三章 薄板理论 1、教学内容与要求：理解基本概念，重点掌握圆板的轴对称问题求解（1）薄板的基本概念及基本假定（2）圆板的轴对称问题：圆板轴对称弯曲的基本方程；受均布载荷圆平板的应力分析；承受轴对称载荷的环板 （3）矩形薄板：矩形薄板弯曲微分方程的建立；矩形薄板的边界条件；矩形薄板弯曲微分方程的经典解法2、教学重点：圆板轴对称小挠度弯曲的基本方程，边界条件。3、教学难点：受轴对称载荷作用的圆板和环板的求解。第四章 旋转薄壳理论1、教学内容与要求：理解基本概念，掌握旋转薄壳的无力矩理论及旋转薄壳的边缘问题求解（1）基本概念：旋转薄壳的几何概念；外力与内力 （2）旋转薄壳的无力矩

5、理论：无力矩理论的基本方程；无力矩理论的应用；无力矩理论的应用范围（3）旋转薄壳的边缘问题：概述；圆筒形壳体的有力矩理论；一般旋转壳体边缘弯曲的应力和变形表达式；边缘问题的求解；边缘问题求解实例；边缘应力的特点与设计中的处理 2、教学重点：薄壳的基本概念和基本假设。回转薄壳的基本方程，边界条件。无矩理论。圆柱壳的弯曲理论。边缘问题的求解3、教学难点：圆柱壳的弯曲理论。边缘问题的求解第五章 高速回转零件的应力分析 1、教学内容与要求：了解典型高速回转零件的应力与变形分析（1）概述 （2）高速回转圆鼓的应力与变形：转鼓自身质量引起的应力与变形；筛网质量引起的鼓壁应力与变形；物料离心力所造成的容器壁

6、的应力和变形；实际转鼓工作时的应力 （3）高速回转圆盘的应力与应变：轮盘应力分析的一般理论；等厚度盘；变厚度盘、锥形盘；实际圆盘的应力计算2、教学重点： 高速回转圆鼓与圆盘的应力与变形3、教学难点：高速回转圆盘的应力分析第六章 机械振动 1、教学内容与要求：了解振动基本概念，了解单自由度系统与多自由度系统振动问题分析求解，掌握临界转速概念（1）振动基本概念（2）单自由度系统振动：无阻尼振动；有阻尼振动 （3）多自由度系统振动：二自由度系统的振动；多自由度系统运动的微分方程（4）转轴系统的临界转速：单转子轴的临界转速；多转子轴的临界转速；均布质量轴的临界转速；影响临界转速的主要因素（5）分布系统

7、振动：梁的横向振动；连续分布系统的振动实例2、教学重点：单自由度系统与多自由度系统振动微分方程，临界转速。3、教学难点： 多自由度系统振动微分方程，传递矩阵法求解临界转速。第七章 压力容器的疲劳、断裂、蠕变 1、教学内容与要求：了解压力容器的疲劳设计、脆性断裂及高温蠕变强度（1）压力容器的疲劳设计：低循环疲劳寿命曲线；考虑平均应力影响的疲劳寿命；疲劳损伤积累；疲劳设计规范；疲劳分析的其他问题 （2）压力容器的脆性断裂：线弹性断裂力学简介；弹塑性断裂力学简介；结构防止断裂的安全评定工程方法；断裂力学在疲劳问题上的应用 （3）高温蠕变强度：单向拉伸蠕变试验；复杂应力状态下的蠕变方程式；厚壁圆筒的蠕

8、变计算2、教学重点： 疲劳设计，脆性断裂。3、教学难点： 疲劳分析，断裂力学分析。第八章 有限单元法简介 1、教学内容与要求：了解有限单元法概念及应用（1）弹性力学的有限单元法简介：概述；有限单元分析过程；（2）三角形常应变单元的有限元列式：单元位移；单元应变、应力；单元刚度矩阵；等效结点载荷；总刚度矩阵形成；算例 （3）典型应力分析软件及算例2、教学重点：有限单元分析3、教学难点：三角形常应变单元的有限元列式四、学时分配学时分配表序号内 容学时1第一章 弹性力学基本方法和平面问题解答122第二章 厚壁圆筒的弹塑性应力分析83第三章 薄板理论64第四章 旋转薄壳理论105第五章 高速回转零件的

9、应力分析46第六章 机械振动27第七章 压力容器的疲劳、断裂、蠕变48第八章 有限单元法简介2五、教学环节与教学要求：1、在学习本课程之前，完成理论力学、材料力学、机械制造基础、工程材料等课程的学习；2、通过本课程的学习，要求学生基本掌握弹性力学基础理论及相关板壳理论，为容器设计奠定基础；了解高速回转机器的应力分析理论，为强度设计提供依据；了解高速转子轴临界转速的计算方法及隔振原理，为解决高速回转机器的振动问题提供依据。3、带*部分为选学内容。本课程以课堂教学为主，并辅以适当的习题，实验及实习等教学环节来完成教学任务。六、课程考核办法：本课程设为闭卷考试，成绩评定办法为： 1、案例作业/实验： 20分2、课堂参与： 10分3、考试： 70分七、教材与主要参考书：教材：陈旭 主编.过程装备力学基础. 化学工业出版社，20