化工机械基础课程复习概要

反力、任何截面的剪力和弯矩，并会绘制、剪力图、弯 矩图。
例题1： 一根直径d=5mm圆截面杆，承受轴向拉力
P=30KN，该杆件材料许用应力
。 试校核活塞
杆的强度。
解：
所以活塞杆所承受的外载荷:
由此可知：该圆截面杆强度不满足。
工程力学计算题
例题2：一圆形 截面梁受力如图所 示，已知a=2m,集中 力P等于4KN,材料的 许用应力 [σ]=120MPa
。
（1） 求支座反力； （2） 绘制梁的弯矩图； （3） 设计截面直径d。
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o 解：（1）求支座反力。 首先该梁A端为固定铰链 支座，B端为滑动铰支座， 梁上承受两个集中力。
o 根据平衡条件：
o ∑ Fy = 0 ； ∑ mA(F)= 0
o RA + RB =3P ； P*a + 2P.3a = RB.4a
铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。
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第二篇 材料与焊接
o 8、普通碳素钢中含有的杂质元素：
o
除含碳以外，碳钢中的杂质元素有
Mn、Si、S、P、O、N、H等。这些杂质
是由矿石及冶炼过程中带入的，对钢材性能
有一定影响：
o S引起“热脆”、 P引起“冷脆”、 O降 低钢的强度、塑性。有害元素。 Mn使钢的 强度提高、Si有助于脱氧，有益元素。
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第三篇 容器设计
一、概念部分
o 1、压力容器按照设计压力划分等级
容器分类 低压容器 中压容器 高压容器 超高压容器
设计压力 p （MPa） 0.1≤p＜1.6
1.6≤p＜10
10≤p＜100
p≥100
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第三篇 容器设计
o 2、压力容器按照管理等级可以分为三 类：
第二篇 材料与焊接
o 1、化工设备选材的重要性和复杂性 o ①.操作条件的限制 o ②.制造条件的限制 o ③.材料自身性能的限制 o 2、化工装备选材要考虑的问题： o 化工生产特点是高温、高压、易燃、易爆，介质腐
蚀性强，所以选材时高温设备要考虑其强度及高温条 件下的组织的稳定性，接触腐蚀性介质的材料要考虑 其防腐性，对于频繁开停的设备要考虑材料的疲劳， 在低温下工作的设备要考虑其低温冷脆问题。
o 2、要想物体在外力的作用下能够安全可靠的工作，则需 要
满足以下三个力学条件：
强度条件：强度是指构件抵抗破坏的能力；
刚度条件：刚度是指构件抵抗变形的能力；
稳定性条件：稳定性是指构件保持原有平衡形态能力。
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第一篇 工程力学部分
o 3. 在化工、制药行业，产品生产中所使用的任何机器 或设备的零部件，为了保证设备、机械的正常运行，在设 计时各零部件应该满足： o 适用、安全和经济三个条件。 o 4. 当载荷以不同方式作用在杆件上时，杆件将产生不同 的变形。杆件的变形形式有以下五种形式： o 拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转。 o 5.力偶的定义：
壁容器 o K＞1.2则为厚壁容器 o 4、薄壁圆筒受内压环向应力与轴向应力的大小比较： o 筒体上开椭圆孔，如何开孔？
o 5、压力容器筒体上，纵焊缝与环焊缝那个易开裂？为什
么？
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第三篇 容器设计
o 6、压力容器立式容器和卧式容器支座型 式：
o 卧式：鞍座、圈座、支腿 o 立式：耳式支座、支承式支座、
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7、 掌握平面力系的平衡条件：
8、掌握直杆拉伸与压缩的受力特点 9、掌握直梁弯曲的受力特点和变形特点 10、梁的弯曲强度条件： 11.可以解决三类工程问题：强度校核、截面尺寸计算、
确定许用载荷 二、计算部分: 1、掌握给定压力、材料许用应力，会进行强度校核、
计算杆件、梁的截面尺寸。 2、对于受集中载荷或均布载荷的简支梁，会计算支座
塔作为圆环截面,内径d=1m,塔体壁厚为δ=6mm, 那么其外径为1.012mm. 对于薄壁圆柱形容器和管道，其横截面的抗弯截面模量 为： Wz=∏X(D4-d4)/(32xD)= ∏X(D2+d2) X(D2-d2) /(32xD)
=∏X(D2+d2) X(D+d) X(D-d)/(32xD)
因为：D-d=2δ； D+d≈2d；(D2+d2) /D ≈2d 所以： Wz= 2δX 2d X 2d X ∏/32= δ d2 ∏/4
o 求方程组得： RA = 5 KN ; RB = 7KN
P
C
A
a
2a
2P
D B
a
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o (2) 绘制梁的弯矩图。首先将该梁分为AC、CD、DB三 段，分别在此三段梁上用假想平面截开，以A点为坐标原 点，分别计算各段截面上的弯矩方程：
o AC段：M1 = RA .x =5x 为一条直线方程（ 0 ≤ x ≤a ）
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o
o （3）设计截面直径d。 o 从该梁弯矩图上可以看出，该梁上最大弯矩值
为7KNm。根据弯曲强度条件，
o 该梁截面上最大弯曲应力σmax = 7×106/wz, 对于圆形梁来说，
o wz=∏D3/32，带入上述公式可得出：D =84.06mm
o 取杆件直径为84mm,【或圆整D =85mm】。
用截面法列弯矩方程： 根据力的平衡条件：
C
1300 A
x
Q2 M2
FA - q.x=Q2，推出：Q2=140-20x 根据弯矩平衡条件：
1-.M3)2+/2+Qq2(×x-11..33×)-0q.（65x=-10.，3).(x-
M得2：=两-3支0x点2+区1域92最x大-1弯82矩,当为X：=848..39米kN时.弯m矩最大，代入求
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解：将塔看成是一段 悬臂梁，受均布载荷 q1=420N/m,
q2=600N/m,那么其 弯矩图为右图所示：
其最大弯矩为Mmax为：
Mmax=q1H1H1/2+q2H2(H1+H2/ 2)
带入数据可得:
Mmax=q1H1H1/2 + q2H2(H1+H2/2)
=420X10X10/2 +600X10(10+10/2) =111X103 Nm
正火
淬火
回火Biblioteka 化工机械基础课程复习概要第二篇 材料与焊接
金属材料的热处理工艺路线图：
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第二篇 材料与焊接
o 7、正火与退火的主要区别：
o 正火与退火的主要区别在于冷却速度不同。 正火的冷却速度比退火快，奥氏体转变温度 较低，组织中珠光体量增多，且珠光体比较 细，因此，强度和硬度提高。
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第二篇 材料与焊接
5、铁碳合金应如何划分归类？ 含碳量在0.02％～2％的称为钢；大于2％的称为为
铸铁，小于0.02％时，称为工业纯铁。纯铁和含碳量 大于4.3％的铸铁在工程上很少应用。 6、金属材料的热处理的方法：
热处理
表面 热处理
表面 淬火
化学热 处理
退火
普通 热处理
Wz= δX d2 X ∏/4=6X10002X ∏/4=4.7X106mm3
Wz=4.7X106mm3=4.7X10-3m3
那么塔体因风载荷引起的最大弯曲应力为： σ max = Mmax/Wz = 111X103 Nm/4.7X10-3m3
=23.6MPa
σ max < [σ]=100MPa.
焊瘤、烧穿
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第二篇 材料与焊接
o 13、在钢材焊缝边缘开坡口的目的是什么？ o 14、压力容器焊缝的接头型式有哪些 o 15、压力容器筒体上纵焊缝与环焊缝那个
更危险（更容易开裂）？为什么。 o 16、在和焊接工件时，如果两块对接焊接
时厚度不相等，在接口处应如何处理？并手 绘接口图表示。
工程力学计算题
o 例3 简支梁受集度为q的均布载荷作用，画出 此梁的剪力图和弯矩图
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工程力学计算题
o 例4： 一卧式贮耀， 内径为Di1500mm，壁 厚10mm，封头高
H=450mm；支座位置如 图，筒体长L=6000mm，
鞍座中心与封头环焊
缝距离a=1000mm。内
贮乙醇液体，包括贮 罐自重在内，可简化 为单位长度上的均布
m
工程力学计算题
q
用截面法列弯矩方程：
C
M1
x
Q
根据力的平衡条件：
q.x=Q1，推出：Q1=20x
m
根据弯矩平衡条件：
-M1+ q.x.x/2=0，M1=q.x2/2
由此可以绘制该梁接近
A
端部的弯矩图：最大弯矩为 C
A点处：-16.9kN.m
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工程力学计算题
FA
由此可以绘制该梁接近
端部的弯矩图：
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工程力学计算题
例5：一石油分馏塔总高位 20米，作用在塔上的风载 荷分两段计算， q1=420N/m,
q2=600N/m,塔的内径为1m, 壁厚6mm,塔与基础的连接 方式可以看成固定端。塔体 的[σ]=100MP.校核风载荷 引起的塔体内的最大弯曲应 力。
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第二篇 材料与焊接
o 0Cr13 含碳量小于0.08%，含鉻13% o 0Cr18Ni9：含碳量小于0.08%，含鉻
18%，含镍9% o 0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti： o 10、金属材料在焊接厚板时必须在焊接接头
处开适当的坡口，坡口的主要作用是什么？ o
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