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第一篇 力学基础 1

第一章 刚体的受力分析及其平衡规律 1

第一节 力的概念及其性质 2

一、力的概念 2

二、力的基本性质 3

第二节 刚体的受力分析 5

一、约束和约束反力 5

二、刚体受力分析要领 9

第三节 平面汇交力系的简化与平衡 11

一、平面汇交力系的简化 12

二、平面汇交力系的平衡条件 13

第四节 力矩、力偶、力的平移定理 15

一、力矩的概念 15

二、力偶 15

三、力的平移定理--力与力偶的联系 17

第五节 平面一般力系的简化与平衡 18

一、平面一般力系的简化 18

二、平面一般力系简化结果的分析 19

三、平面一般力系和平面平行力系的平衡方程 20

四、固定端约束的受力分析 23

五、静定与静不定问题的概念 24

第六节 静力学问题求解方法小结 24

一、如何选取研究对象 24

二、如何画分离体受力图 25

三、如何建立直角坐标系 26

四、如何应用静力平衡方程 26

习题 26

第二章 金属在外力作用下所显示的机械性能 32

第一节 弹性体的变形与内力 32

第二节 直杆受拉(压)时的变形与内力度量 33

一、变形的度量 33

二、内力的度量 33

第三节 金属在拉伸和压缩时的机械性能 39

一、低碳钢的拉伸试验及其机械性能 39

二、其他材料的拉伸曲线 43

三、压缩时材料的机械性质 43

四、温度对材料机械性能的影响 45

第四节 金属的缺口冲击、弯曲和硬度试验 46

一、金属的缺口冲击试验 46

二、弯曲试验(又称冷弯试验) 49

三、硬度试验 49

习题 50

第三章 受拉(压)直杆的强度计算和拉压中的静不定问题 53

第一节 受拉(压)直杆的强度计算 53

一、强度条件的建立与许用应力的确定 53

二、强度条件的应用 55

第二节 拉压中的静不定问题 57

一、静不定问题的判定 58

二、解静不定问题的思路与步骤 58

三、化工设备中的静不定问题举例 59

习题 62

第四章 剪切 66

第一节 剪切近似计算 66

第二节 应用实例 67

一、键的计算 67

二、焊接计算 68

习题 69

第五章 弯曲 71

第一节 弯曲的概念及梁所受的外力 71

一、弯曲的概念与实例 71

二、梁的几何形状和名称 71

三、梁上的外力、梁的支座及分类 72

第二节 梁的内力分析 75

一、从力的平衡看梁中的内力 75

二、从梁的变形看梁横截面上的弯矩 75

第三节 剪力与变矩的计算 77

一、剪力 78

二、弯矩 78

三、剪力图和弯矩图 80

第四节 纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件 83

一、变形分析(问题的几何方面) 83

二、正应力分布规律(问题的物理方面) 84

三、曲率的计算 85

四、正应力计算公式 86

五、截面的I1与W2 87

六、正应力的强度条件及其应用 87

七、梁的合理截面 92

第五节 直梁弯曲时的剪应力 93

一、矩形截面梁 94

二、工字形截面梁 95

三、环形截面梁 95

四、实心圆截面梁 95

第六节 梁的变形--梁弯曲时横截面的位移 96

一、梁的挠度和转角 96

二、梁的弹性曲线 96

三、梁的刚度校核 100

四、弯曲中最简单的静不定问题 100

习题 102

第六章 扭转 105

第一节 圆轴受扭时所受外力 105

一、轴的三项功能 105

二、在恒定转速下轴的扭矩与所传递功率的关系 105

第二节 纯剪切，角应变，剪切虎克定律 106

一、纯剪切 106

二、角应变(角变形) 107

三、剪切虎克定律 108

第三节 圆轴扭转时的变形与内力 108

一、变形分析 108

二、应力分布 109

三、横截面上的内力矩--扭矩 110

四、扭矩M？与扭转变形程度？的关系 110

五、剪应力的计算公式 111

六、扭转角的计算 111

第四节 圆轴扭转时的强度条件与刚度条件 112

一、圆轴扭转时的强度条件 112

二、圆轴扭转时的刚度条件 112

第五节 拉伸、弯曲、扭转的比较与小结 115

习题 116

第七章 复杂应力状态及强度理论 119

第一节 应力状态 120

一、一点处的应力状态 120

二、三种应力状态 121

第二节 二向应力状态分析 122

一、二向应力状态下斜截面上的应力 122

二、应力圆 123

三、主应力的数值和主平面的位置 126

四、最大剪应力 128

第三节 强度理论 129

一、强度理论的概念 129

二、材料的两类破坏形式 130

三、三个基本的强度理论 130

第四节 强度理论的应用 133

一、扭弯组合的强度计算 133

二、许用剪应力的确定 136

习题 137

第二篇 化工容器 139

第八章 化工设备常用金属与非金属材料 139

第一节 金属的晶体结构 139

一、金属原子结构的特点与金属键 139

二、金属的晶体结构 139

第二节 碳钢和铸铁 140

一、碳钢与铸铁的化学成分和组织结构 140

二、铁碳平衡状态图 142

三、过冷奥氏体的恒温转变 144

四、钢的热处理 145

五、碳钢的分类、牌号、性能、品种与应用 147

六、铸铁 163

第三节 合金钢 166

一、合金元素对钢材性能的影响 166

二、低合金钢 167

三、高合金钢 167

第四节 有色金属及其合金 171

一、铜及其合金 171

二、铝及其合金 172

三、铝 173

四、钛 173

第五节 金属的腐蚀与防护 174

一、腐蚀的定义及分类 174

二、常见的几种腐蚀及其控制方法 175

第六节 非金属材料 180

一、有机非金属材料 180

二、无机非金属材料 183

习题 184

第九章 压力容器中的薄膜应力 187

第一节 容器概述 187

一、容器的结构 187

二、容器的分类 187

三、容器机械设计的基本要求 188

第二节 回转薄壳的几何概念 188

第三节 回转薄壳的薄膜应力分析 190

一、经向薄膜应力分析 190

二、环向薄膜应力分析 191

第四节 薄膜应力理论的应用 192

一、圆柱壳 192

二、球壳 192

三、椭球壳 192

四、锥形壳 194

习题 197

第十章 压力容器中的弯曲应力与二次应力 199

第一节 圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力 199

一、承受均布载荷圆形平板的变形与内力 199

二、弯曲应力与薄膜应力的对比及曲此得出的结论 201

三、对弯曲应力的限制条件--极限设计法 202

第二节 压力容器中的二次应力 204

一、何谓二次应力 204

二、边界应力 204

(附)关于安定准则的简介 208

一、问题的提出 208

二、安定的概念 208

三、保持安定的条件 210

习题 211

第十一章 压力容器的强度计算 212

第一节 概述 212

一、压力容器与常压容器 212

二、压力容器的主要受压元件 212

三、压力容器强度计算的内容 212

第二节 内压圆筒的设计 213

一、内压圆筒壁厚的确定 213

二、设计参数的确定 215

三、容器的最小壁厚δmtn 221

四、内压圆筒的厚度系数、计算应力与最大允许压力 223

第三节 内压封头设计 224

一、凸形封头 225

二、锥形封头 235

三、平板形封头 242

第四节 在用压力容器的强度校核 244

一、在用压力容器强度校核的原则 244

二、强度校核的思路、公式和举例 245

习题 248

第十二章 压杆稳定与外压容器 251

第一节 关于稳定的概念 251

一、问题的提出 251

二、压杆稳定性的概念 251

三、外压容器的稳定问题 252

第二节 压杆的临界载荷 253

一、理想压杆的临界载荷 253

二、临界应力3欧拉公式的适用范围 254

三、柔度<λ？的压杆临界应力的计算 255

第三节 压杆稳定的实用计算 257

一、压杆稳定的实用计算方法 257

二、强度计算与稳定计算的区别 260

第四节 外压圆筒的环向稳定计算 261

一、临界压力、临界应力与临界应变 261

二、许可压力的计算思路 262

三、外压圆筒的环向稳定计算 268

第五节 圆筒的轴向稳定校核 270

一、什么情况下需要校核轴向稳定性 270

二、轴向稳定许用应力计算 271

第六节 外压封头的稳定计算 272

一、外压球壳的稳定计算 272

二、外压凸形封头的稳定计算 274

三、外压锥形封头的稳定计算 276

四、内压凸形封头的失稳 277

第七节 加强圈设计 277

一、加强圈间距 278

二、加强圈尺寸 279

三、加强圈与筒体的联接 285

习题 285

第十三章 压力容器的开孔与补强 288

第一节 容器开孔附近的应力集中 288

一、受拉平板开小孔时，小孔边缘处应力的分布规律 288

二、回转壳体上开小孔时所造成的应力集中 290

三、回转壳体开孔接管处的应力集中 292

四、应力集中对容器安全使用的影响 292

第二节 容器的开孔补强 293

一、补强结构 293

二、补强计算 295

第三节 容器上开孔及补强的有关规定 302

一、开孔尺寸的限制 302

二、开孔位置的限制 302

三、允许不另行补强的条件与规定 303

习题 303

第十四章 热应力 305

第一节 热应力产生的原因及其性质 305

一、热应力产生的原因 305

二、热应力的性质 305

第二节 化工设备中常见的几种热应力 305

一、固定管板管壳式换热器中的热应力 305

二、高温管路中法兰连接螺栓内的热应力 309

三、容器无良好保温，内外壁温差较大时的热应力 310

四、容器在焊接过程中的热应力与焊接后的残余应力 310

习题 312

第十五章 压力容器上的标准件与附件 314

第一节 压力容器法兰 314

一、法兰联接的密封原理 314

二、法兰密封面的型式 315

三、法兰联接受力分析 316

四、容器法兰标准 317

第二节 管法兰 348

一、管法兰的类型与密封面型式 348

二、管法兰的结构尺寸 354

三、法兰材料及其允许承受的最高无冲击压力 359

四、管法兰与钢管的焊接接头 359

五、管法兰用密封垫片 371

六、钢制管法兰用的紧固件 375

七、法兰、垫片、紧固件的标记 375

第三节 支座 379

一、卧式容器的支座 379

二、立式容器的支座 385

第四节 检查孔 407

一、检查孔的作用和种类 407

二、人孔 407

第五节 安全泄放装置 413

一、安置安全泄放装置的原则 413

二、安全阀 414

三、爆破片 419

习题 422

第十六章 压力容器中的焊接结构 424

第一节 焊缝的基本型式 424

第二节 压力容器中的焊缝分类 427

第三节 焊接的合理结构 429

第四节 焊缝的检验 433

一、焊接接头缺陷 433

二、焊接检验要点 434

第五节 焊接材料 435

一、焊条 435

二、焊丝与焊剂 438

三、焊条、焊丝、焊剂的选用 439

习题 441

第三篇 典型化工设备 442

第十七章 塔设备 442

第一节 概述 442

第二节 板式塔 443

一、板式塔的总体结构及其分类 443

二、整块式塔盘结构 444

三、分块式塔盘结构 449

第三节 填料塔 469

一、引言 469

二、填料 470

三、液体分布装置 474

四、液体再分布装置 482

五、填料的支承装置 483

六、填料压板及床层限制板 486

第四节 塔的附件与裙座 487

一、物料进出口接管 487

二、塔顶吊柱 493

三、裙式支座 495

四、塔的保温装置 500

第十八章 管壳式换热器 501

第一节 概述 501

一、管壳式换热器的总体结构 501

二、管壳式换热器型号的表示方法 504

第二节 固定管板换热器的结构设计 507

一、换热器的外壳 507

二、管束 510

三、管板 516

四、膨胀节 526

五、其它结构 531

附 换热器的振动 541

第十九章 搅拌反应釜 543

第一节 反应釜的总体结构 543

一、总体结构中的主要部件及其用途 543

二、搅拌反应釜的技术特性及工艺参数的确定 545

第二节 反应釜的釜体及换热装置 545

一、釜体的尺寸 545

二、夹套传热及其结构 547

三、其它型式的夹套结构 551

四、蛇管传热及其结构 552

第三节 反应釜的搅拌装置 555

一、搅拌器及搅拌附件 555

二、反应釜的传动装置 563

第四节 反应釜的轴封装置 584

一、填料密封 584

二、机械密封 586

第二十章 化工设备图样的阅读与绘制 594

第一节 设备总图的绘制与读图 594

一、设备总图绘制要点 594

二、设备总图的构成 599

第二节 公差与配合的基本知识 604

一、几个与尺寸有关的概念 604

二、标准公差与基本偏差 606

三、公差与配合在图样上的标注 608

第四篇 容器的使用与管理 614

第二十一章 压力容器的安全使用与监察管理 614

第一节 压力容器安全使用应注意的几个问题 614

第二节 压力容器的定期检验 616

一、定期检验的目的 616

二、定期检验的类别和期限 616

三、定期检验的内容和要求 616

四、耐压试验 617

五、气密试验 619

六、检验报告 619

第三节 压力容器的监察管理 620

一、对压力容器实施监察管理的依据 620

二、压力容器的分类 621

三、压力容器的安全状况等级 623

四、压力容器的设计管理 623

五、压力容器的制造管理 624

六、压力容器的使用管理 625

习题 625

附录： 627

A.型钢与钢材的E、α值 627

B.几种典型回转壳体的表面积、容积和质量 636

C.管法兰标准(HG5001-58～5028-58) 647

参考文献 659

习题参考答案及提示 661