化工设备机械基础课件PPT(共64页)
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材料力学:研究变形杆件的强度、刚度和稳 定性（变形体）
研 •根据实际问题抽象建立力学模型
究 方
•应用数学方法描述客观规律
法 •应用数学工具得到解决问题的方法
Page9
第一章、物体的受力分析和静力平衡方程
§1 静力学的基本概念 §2 约束和约束反力 §3 分离体和受力图 §4 平面汇交力系的简化与平衡 §5 平面力偶系的间化与平衡 §6 力的平移 §7 平面力系的简化 合力矩定理 §8 平面力系的平衡方程
Page4
第一篇、工程力学基础
• 力学：研究物体机械运动一般规律的科学
• 历史
杠 杆 平 衡 等 规 律
墨翟 (前468-382) “墨经”：力， 重心
(前287-212)
Page5
[意]伽利略(1564-1642) 天文学家，力学家，哲学家
加速度的概念 加速度试验 惯性原理
[明]宋应星 1637 “天工开物 ”
问题：受力分析：几个力
平衡条件：什么力 大小 方向 作用点
Page10
§1 静力学的基本概念
一、力的基本概念 ➢力是物体间的相互机械作用，这种作用
使物体的运动状态和形状发生改变。 o 运动状态改变——外效应（静力学） o 形状改变——力的内效应（材料力学） o 力是一个矢量 o 力的三要素：大小、方向、作用点
Page27
铰支座：用圆柱铰链将一个构件与底座连 接。分为固定铰支座和可动铰支座
（2）压力容器设计基础：研究化工容器及设备的类型、 特点、设计计算方法
（3）机械传动：几种典型常用传动装置的工作原理、 失效形式、承载能力计算。机械通用零部件的设计方 法。
Page3
三、目的要求 具备对常见的典型的低中压化工设备和简单机械传动 装置进行初步设计能力；掌握必备的机械知识。
四、注意事项 本课程是一门技术基础课
Page14
载人飞船的对接
研究轨道问题时——质点 研究对接问题时——刚体
Page15
三、静力学的公理
❖ 力系——作用在物体上的一群力，称为力系。 ❖ 平衡力系——如果刚体在某个力系的作用下保持
静止或匀速直线运动，则称这个力系为平衡力系。 ❖ 等效力系——如果作用在刚体上的一个力系能用
另一个力系来代替，而不改变对刚体的作用效果， 则这两个力系为等效力系（其中任一个力系是另 一个力系的等效力系）。 ❖ 合力——如果一个力和一个力系等效，则称这个 力是该力系的合力。
化工设备机械基础
电话： Email：
Page1
绪论
一、研究对象（为什么） 化工机器及设备： 反应器、换热器、塔器 各种泵、压缩机、离心机 带搅拌的反应釜
静设备
动设备及机器
带运动的静 设备
Page2
二、本课程的内容
（1）工程力学基础：研究物体机械运动的规律及构件 的受力、变形与破坏规律，进行强度、刚度计算
Page21
§1-2 约束和约束反力
➢ 自由体(free body):在空间可以自由运动，而获得 任意位移的物体。
➢ 非自由体(nonfree body):位移受到某些限制的物 体。
➢ 约束(constraint):限制非自由体运动的装置和设施 ➢ 约束反力(constraint force):约束对物体的反作用
束 约束反力方向沿绳索中心背离非自由体。
Page24
2 .理想光滑面约束
公法线
G
公切线
G G
FN FN
Page25
G
G FN
光滑面约束：约束反力通过接 触点沿公法线指向非自由体。
F F
Page26
3.圆柱铰链约束
圆柱铰链
A
Fy
Fx A
圆柱铰链约束：约束反力通过销钉中心，沿接触点 公法线方向。通常用两个正交分量Fx和Fy来表示。
力 ➢ 主动力(active force):主动引起物体运动状态改变
和改变趋势的力（载荷）
Page22
几种常见的约束类型
1.柔索约束（柔绳、链条、胶带构成的约束） 阻止沿柔索中心线伸长
G
约束反力的方向与该约束限制的物体的 位移方向相反
Page23
T2 T1
T
T2
1
G
柔 索
约束反力作用在接触点；
约
Page16
{ F 1,F 2, ,F n} { F R }
合力：与某力系等效的力 FR ：该力系的合力(resultant force) Fi（i=1,2,…n)：合力的分力(component force) 平衡力系(equilibrium force system):
对刚体不产生任何作用效果的力系。
F1 A
＝
B
＝
F1
A
B
F1 A
F1
F1Leabharlann Baidu
B
Page19
推论（力的可传性）
作用在刚体的任何力，可以沿其作用线移至刚体 内任意一点，而不改变它对刚体的作用效果。
F
F
＝
注意：公理二和力的可传性也都只适用于 刚体而不适用于变形体。
Page20
公理三（作用与反作用定律）
两物体间相互作用的力，总是大小相等，方 向相反，分别作用在这两个物体上。
作用在刚体上的力系满足什么条件时，物体保持平衡？
Page17
公理一（二力平衡公理）
作用于刚体上的两个力平衡的充要条件是：两个 力大小相等，方向相反，并作用在同一直线上。
F
F
F F
F
F
二力构件 注意：这个公理只适用于刚体。
Page18
公理二（加减平衡力系公理）
在作用于刚体上的任何一个力系上，添加或除去 一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效 应。
F
Page11
➢力的分类 按作用方式分为：体积力和表面力
F 集中力
q(x)
分布力
q
均布力 均布载荷
Page12
二、刚体的概念
理想化
分子的集合
看 成 连 续 体 理 想 化
看 成
理想化
质
点
看成刚体
Page13
刚体：在外力作用下，不发生变形的物体 质点:集中质量的数学模型。它没有大小， 但具有质量。
Page6
[英]牛顿(1642-1727 ) 物理学家,数学家,天文学家
1687年出版的巨著 “Mathematical Principles of Natural Philosophy”
牛顿运动定律 万有引力定律 微积分学
振动理论,运动稳定性理论,多刚体系统动力学
Page7
第一篇、工程力学基础
一、构件：工程结构和机器的组成部分。按几 何形状分为杆、板（壳）、体。 二、对构件的力学要求 强度（strength)：抵抗破坏的能力 刚度(stiffness)：抵抗变形的能力 稳定性(stability)：保持原有平衡形状的能力
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三、本篇内容
静力学:研究物体受力的简化及平衡条件 （刚体）
研 •根据实际问题抽象建立力学模型
究 方
•应用数学方法描述客观规律
法 •应用数学工具得到解决问题的方法
Page9
第一章、物体的受力分析和静力平衡方程
§1 静力学的基本概念 §2 约束和约束反力 §3 分离体和受力图 §4 平面汇交力系的简化与平衡 §5 平面力偶系的间化与平衡 §6 力的平移 §7 平面力系的简化 合力矩定理 §8 平面力系的平衡方程
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第一篇、工程力学基础
• 力学：研究物体机械运动一般规律的科学
• 历史
杠 杆 平 衡 等 规 律
墨翟 (前468-382) “墨经”：力， 重心
(前287-212)
Page5
[意]伽利略(1564-1642) 天文学家，力学家，哲学家
加速度的概念 加速度试验 惯性原理
[明]宋应星 1637 “天工开物 ”
问题：受力分析：几个力
平衡条件：什么力 大小 方向 作用点
Page10
§1 静力学的基本概念
一、力的基本概念 ➢力是物体间的相互机械作用，这种作用
使物体的运动状态和形状发生改变。 o 运动状态改变——外效应（静力学） o 形状改变——力的内效应（材料力学） o 力是一个矢量 o 力的三要素：大小、方向、作用点
Page27
铰支座：用圆柱铰链将一个构件与底座连 接。分为固定铰支座和可动铰支座
（2）压力容器设计基础：研究化工容器及设备的类型、 特点、设计计算方法
（3）机械传动：几种典型常用传动装置的工作原理、 失效形式、承载能力计算。机械通用零部件的设计方 法。
Page3
三、目的要求 具备对常见的典型的低中压化工设备和简单机械传动 装置进行初步设计能力；掌握必备的机械知识。
四、注意事项 本课程是一门技术基础课
Page14
载人飞船的对接
研究轨道问题时——质点 研究对接问题时——刚体
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三、静力学的公理
❖ 力系——作用在物体上的一群力，称为力系。 ❖ 平衡力系——如果刚体在某个力系的作用下保持
静止或匀速直线运动，则称这个力系为平衡力系。 ❖ 等效力系——如果作用在刚体上的一个力系能用
另一个力系来代替，而不改变对刚体的作用效果， 则这两个力系为等效力系（其中任一个力系是另 一个力系的等效力系）。 ❖ 合力——如果一个力和一个力系等效，则称这个 力是该力系的合力。
化工设备机械基础
电话： Email：
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绪论
一、研究对象（为什么） 化工机器及设备： 反应器、换热器、塔器 各种泵、压缩机、离心机 带搅拌的反应釜
静设备
动设备及机器
带运动的静 设备
Page2
二、本课程的内容
（1）工程力学基础：研究物体机械运动的规律及构件 的受力、变形与破坏规律，进行强度、刚度计算
Page21
§1-2 约束和约束反力
➢ 自由体(free body):在空间可以自由运动，而获得 任意位移的物体。
➢ 非自由体(nonfree body):位移受到某些限制的物 体。
➢ 约束(constraint):限制非自由体运动的装置和设施 ➢ 约束反力(constraint force):约束对物体的反作用
束 约束反力方向沿绳索中心背离非自由体。
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2 .理想光滑面约束
公法线
G
公切线
G G
FN FN
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G
G FN
光滑面约束：约束反力通过接 触点沿公法线指向非自由体。
F F
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3.圆柱铰链约束
圆柱铰链
A
Fy
Fx A
圆柱铰链约束：约束反力通过销钉中心，沿接触点 公法线方向。通常用两个正交分量Fx和Fy来表示。
力 ➢ 主动力(active force):主动引起物体运动状态改变
和改变趋势的力（载荷）
Page22
几种常见的约束类型
1.柔索约束（柔绳、链条、胶带构成的约束） 阻止沿柔索中心线伸长
G
约束反力的方向与该约束限制的物体的 位移方向相反
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T2 T1
T
T2
1
G
柔 索
约束反力作用在接触点；
约
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{ F 1,F 2, ,F n} { F R }
合力：与某力系等效的力 FR ：该力系的合力(resultant force) Fi（i=1,2,…n)：合力的分力(component force) 平衡力系(equilibrium force system):
对刚体不产生任何作用效果的力系。
F1 A
＝
B
＝
F1
A
B
F1 A
F1
F1Leabharlann Baidu
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推论（力的可传性）
作用在刚体的任何力，可以沿其作用线移至刚体 内任意一点，而不改变它对刚体的作用效果。
F
F
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注意：公理二和力的可传性也都只适用于 刚体而不适用于变形体。
Page20
公理三（作用与反作用定律）
两物体间相互作用的力，总是大小相等，方 向相反，分别作用在这两个物体上。
作用在刚体上的力系满足什么条件时，物体保持平衡？
Page17
公理一（二力平衡公理）
作用于刚体上的两个力平衡的充要条件是：两个 力大小相等，方向相反，并作用在同一直线上。
F
F
F F
F
F
二力构件 注意：这个公理只适用于刚体。
Page18
公理二（加减平衡力系公理）
在作用于刚体上的任何一个力系上，添加或除去 一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效 应。
F
Page11
➢力的分类 按作用方式分为：体积力和表面力
F 集中力
q(x)
分布力
q
均布力 均布载荷
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二、刚体的概念
理想化
分子的集合
看 成 连 续 体 理 想 化
看 成
理想化
质
点
看成刚体
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刚体：在外力作用下，不发生变形的物体 质点:集中质量的数学模型。它没有大小， 但具有质量。
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[英]牛顿(1642-1727 ) 物理学家,数学家,天文学家
1687年出版的巨著 “Mathematical Principles of Natural Philosophy”
牛顿运动定律 万有引力定律 微积分学
振动理论,运动稳定性理论,多刚体系统动力学
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第一篇、工程力学基础
一、构件：工程结构和机器的组成部分。按几 何形状分为杆、板（壳）、体。 二、对构件的力学要求 强度（strength)：抵抗破坏的能力 刚度(stiffness)：抵抗变形的能力 稳定性(stability)：保持原有平衡形状的能力
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三、本篇内容
静力学:研究物体受力的简化及平衡条件 （刚体）