【完整版】过程装备力学基础
过程装备力学基础考试要点
自增强：利用筒体自身外层材料的弹性收缩力来产生预应力，以提高筒体的弹性承载能力的方法（是指筒体在使用之前进行加压处理，其压力超过内壁发生屈服的压力，使筒体内壁附近沿一定厚度产生塑性变形，形成内层塑性区，而筒体外壁附近仍处于弹性状态，形成外层弹性区）
变形体的简化模型：理想弹塑性材料模型，理想刚塑性，线性强化弹塑性，线性强化刚塑性
无力矩理论：也成薄膜理论，它假设壁厚与直径相比很小，薄壳像薄膜一样只能承受拉应力和压应力，完全不能承受弯矩和弯曲应力，即在薄壳的内力素中忽略弯矩，这种按无理拒理论所得到的应力成为薄膜应力
有力矩理论：也成弯曲理论，认为壳体虽然很薄，但仍有一定的厚度，有一定的刚度，因而壳体中除拉应力和压应力外，还存在弯矩和弯曲应力
1.径向应力和周向应力与圆盘自身离心力有关，他们取决于圆盘尺寸、材料性能和转速的大小；2.圆盘中的最大应力是内孔的周向应力，盘的内径趋向于零二又不等于零时，即盘上有一微孔时，其最大应力比实心盘的最大应力大了一倍，所以有一小孔的应力集中系数为2；3.圆盘的外径一定时，内孔越大其周向应力也越大；4.从周向应力分布看，其数值随半径r的增大而减小，因此从强度观点看，截面呈锥形的圆盘比等厚度的圆盘更为合理
厚壁圆筒在承受逐渐增加压力过程中，经历了弹性阶段、筒体部分屈服阶段、整体屈服阶段、材料硬化、筒体过度变形、直至爆破失效阶段
原因：厚壁圆筒在承受内压载荷作用下，随着压力的增加，筒壁应力不断增加。当应力分量的组合达到某一值时，由弹性变形状态进入塑性变形状态，即在筒体的截面上将出现塑性变形。首先由筒体整体屈服后，承载能力仍能继续提高，但同时筒体变形程度逐渐加大，筒壁因而减薄，直至最后发生爆破
第一章
体力：分布在物体体积内的力
面力果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力，那么，近处的应力分布将有显著的改变，但是远处所受的影响忽略不计
过程装备力学基础(弹性力学)
§第1一.1节弹弹性性力力学学的的内内容容和和任基务本概念
第一章 绪论
二 弹性力学中基本物理量
基本物理量有外力，应力、应变和位移
外力包括体积力和面积力，简称体力和面力
1. 体力(Body force)
分布在物体体积内的力，例如重力，惯性力和电磁力等。 物体各点的体力一般是不相同的，如高速旋转物体所受
变和应力等均为空间坐标的连续函数。 2.变形后仍然保持连续性。
2. 均匀性假设
描述：假设弹性物体是由同一类型的均匀材料组成的。因
此物体各个部分的物理性质都是相同的，不随坐标 位置的变化而改变。
结果：物体的弹性性质处处都是相同的。
说明：1.工程材料，例如混凝土颗粒远远小于物体的的几
何形状，并且在物体内部均匀分布，从宏观意义上 讲，也可以视为均匀材料。 2.对于环氧树脂基碳纤维复合材料，不能处理为均 匀材料。
三、弹性力学基本方程 1.平衡微分方程
在物体内任意一点P，割取一个微小的正六面体，如图l-2所 示。它的六面体垂直于坐标轴．沿x,y,z方向的长度分别为dx， dy和dz。
图1-2 单元体受力分析
在垂直x轴的两个面上应力分别为
在垂直y轴的两个面上应力分别为 在垂直z轴的两个面上应力分别为
正六面体上的外力为体力，沿x，y，z轴的分量为X，Y，Z。 体力X，Y，Z也可以认为是均匀分布，其合力作用在体积中心。
弹性力学中的基本假设
弹性力学中的基本假设：
1. 连续性假设 2. 完全弹性假设 3. 均匀性假设 4. 各向同性假设 5. 小变形假设
第一章 绪论
1. 连续性假设
描述：假设所研究的整个弹性体内部完全由组成物体的介
质所充满，各个质点之间不存在任何空隙。
过程装备力学基础
第一主振型 第二主振型
20.圆筒体上开椭圆孔，孔如何开？
长轴开在环向上，短轴开在轴向上.
21.边缘应力计算时，边缘应力不做详细计算的条件？（需要采取哪些合理的结构设计）:边缘应力具有局限性、自限性的特点，由于局限性，在设计中一般在结构上作局部处理。如改变连接边缘的结构，边缘区局部加强，保证边缘焊缝质量，降低边缘区的残余应力，避免在边缘区开孔。由于自限性，对由塑性较好的材料制成的容器，除结构上做某些局部处理外，在静载荷作用下一般不考虑边缘应力的影响。
18.多自由度系统模态分析法的实质：模态分析法是用模态矩阵进行一组坐标变换，将描写系统原有的坐标用一组特定的新坐标来代替，这组新坐标就是模态坐标或正则模态坐标。采用了模态坐标就使系统的振动方程变为一组相互独立的二阶常微分方程组，其中每一个方程都可以独立求解，就像一个单自由度系统的振动方程式一样，这就使对多自由的系统的分析，简化成对若干单自由度系统的运动分析。-
12.工程结构计算中，圣维南原理的应用条件：如果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力，那么，近处的应力分布将显著改变，但是远处所受的影响可以不计。工程结构计算中，物体的一小部分边界上，仅仅知道物体所受的面力的合力，而面力分布方式不明确，无从考虑这部分边界上的应力边界条件。
13.转鼓鼓壁的应力由那三部分组成：转鼓自身质量回转、筛网自身质量回转、物料自身质量回转产生的离心力引起的应力与变形；
14.旋转薄壳应力分析的理论在工程中为什么用无力矩理论就可以计算：无力矩理论也称薄膜理论，假设壁厚与直径相比很小，薄壳像薄膜一样只能承受拉应力和压应力，完全不能承受弯矩和弯曲应力。在工程实际中，理想的薄壁壳体是不存在的，但由于弯曲应力一般很小，若忽略不计，其误差是在工程计算的允许范围而计算方表面上，有平行于横截面而不沿长度变化的外力，若柱形体无限长，则柱形体任意点的应力分量、应变分量和位移分量都不沿Z方向变化，只是X,Y的函数。此外，对称面在Z方向的位移必须为零。ω=0，τxz=0、τyz=0只剩下σx、σy、σzτxy——平面应变问题
【完整版】过程装备力学基础
【完整版】过程装备力学基础主要研究领域有：板壳的非线性力学、复合材料结构力学、结构动力学弹塑性动力学、包装力学、结构损伤检测、结构减振降噪理论及技术、结构检测加固、岩土力学与工程、阻尼材料与振动控制、新型材料动态本构关系、智能结构与微机电系统、压力容器理论与设计、传感器灵敏元件理论与设计、结构随机非线性振动理论与计算力学方法、结构的安全及可靠度研究、高性能混凝土与新型纤维混凝土、粘弹性材料本构分析、大跨度桥梁的理论与设计等。
其中，在板壳结构分析与应用、包装力学、结构损伤检测理论与应用等领域形成了明显的特色和优势，凝聚了一批在国内外有影响的青年学者，特别是在板壳非线性微分方程求解、板壳的非线性理论与计算、板壳理论的工程应用等三个方面，优势突出。
一、板壳结构分析与应用本方向主要研究内容、特色优势、已取得代表性科研成果、在研代表性项目和可能取得的突破：板和壳是固体中最常见的物体形式,是具有优良特性的结构元件，因此板壳结构分析是现代力学中特别引人注目的一个分支,几乎与一切工程设计都有关系,尤其对航天、航空、航海、机械、石油、化工、建筑、水利、动力、仪表、交通等工程设计更具有指导意义。
因此,该研究方向的特点就是该方向学术带头人刘人怀院士近40年在板壳结构领域进行了系统性创新研究并将成果应用到上述工程领域中。
本研究方向的主要从事以下几方面的研究：1．板壳非线性理论与工程应用（1）自1910年von Karman开创板壳非线性理论研究以来，这一方向的研究成果已为世界在20世纪的发展做出了突出的贡献。
但在前50年，因非线性数学缘故，发展缓慢，因此，寻求非线性微分方程解法成为关键。
在解析法的精确解法方面，刘人怀教授提出了修正幂级数方法，成功求解了最高阶导数项带有小参数的非线性微分方程。
在解析法的近似解法方面，刘人怀教授和叶开沅共同提出了修正迭代法，成功地求解了一系列板壳非线性微分方程，其成果获广东省自然科学一等奖（2）结合工程实际，对波纹板壳、单层板壳、双金属旋转扁壳、夹层板壳、复合材料层合板壳和网格扁壳等6类板壳，进行了非线性弯曲、稳定和振动问题的研究，多数属国际先行探索。
过程装备基础复习提纲(CZU)
《过程装备基础》复习0 绪论过程装备指过程工业生产工艺过程中所涉及的典型装置和设备。
过程装备的基本要求：①安全可靠；②满足生产过程的要求；③综合经济性好；④优良的环境性能1 过程装备力学基础工程力学将受力分析的对象统称为构件，根据构件的形状和尺寸，分为杆、板、壳、体四大类。
使构件在外力作用下安全可靠工作需要满足的力学条件有：①强度条件，②刚度条件，③稳定性条件杆件的失效形式：①强度失效，②刚度失效，③稳定性失效杆件变形的四种基本形式：①轴向拉伸或压缩，②剪切，③扭转，④弯曲强度：构件在外力作用下抵抗破坏的能力。
强度条件：保证构件正常工作具备足够强度的条件。
刚度：构件在歪理作用下抵抗变形的能力。
刚度条件：保证构件正常工作具有足够刚度的条件。
稳定性：构件在外力作用下保持其原有平衡形态的能力。
稳定性条件：保证构件正常工作具有足够稳定性的条件。
2 构件受力分析与平衡理论力是物体间的相互作用。
力对物体的效应取决于三要素：力的大小、方向和作用点。
物体受到外力作用时产生的两种效应：外效应（改变物体运动状态）和内效应（使物体产生变形）。
按照力的作用方式分为体积力（物体间通过场而间接作用的力）和表面力（通过物体间的直接接触而作用的力）。
刚体是一种理想模型，认为物体在力的作用下不变形。
平衡力系对刚体的作用效果等于零。
力的基本原理：公理一（二力平衡公理）：作用在刚体上的两个力处于平衡状态的充分必要条件是：这两个力大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上。
（等值、反向、共线）公理二（加减平衡力系公理）：在作用于刚体上的力系中，加上或减去一个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效应。
公理三（力的平行四边形公理）：作用在刚体上同一点的两个力，可以合成为作用于该点的一个合力，它的大小和方向由这两个力为边所构成的平行四边形对角线表示。
公理四（作用力与反作用力公理）：两个物体间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，沿同一直线分别作用在这两个物体上。
过程装备基础
力 学 基 础
静力学 材料力学
静止、平衡(外效应) 刚体 变形、内力(内效应)
变形固体
研究物体受力后的效应。
1
第1章
引论
介绍力学基础中的基本概念
构件 强度、刚度与稳定性 杆件变形的基本形式
2
1.1 构件
第 1 章
1.2 强度、刚度和稳定性
引 论
1.3 杆件变形的基本形式
6
杆件实例图
7
板、壳和体的示意图
8
1.2
强度、刚度与稳定性
(1)强度条件 强度是指构件在外力作用下抵抗破坏的能力。 在一般情况下，绝不允许构件的强度不足。 如储罐或气瓶在规定的最大工作压力下不 允许破裂、钢丝绳在起吊重物时不能被拉 断等 。 保证构件正常工作具备足够强度的条件， 称为强度条件。
15
小
基本概念： 构件Байду номын сангаас
结
杆、板、壳、体
强度、刚度与稳定性
杆件变形的基本形式 ：轴向拉伸或压 缩 、剪切 、扭转和弯曲。
16
点击图标播放
13
(3)扭转 当作用在杆件上的力组成作用在垂直于杆 轴线平面内的力偶时，杆件任意两横截面 之间将产生绕轴线的相对转动。
点击图标播放
14
(4)弯曲 当外力或外力偶与杆件的轴线垂直作用时 杆件将发生弯曲变形，其轴线由直线变成 曲线。
习惯上将在外力或外力偶作用下产生弯曲 变形或以弯曲变形为主的杆件称为梁。
9
(2)刚度条件 刚度是指构件在外力作用下抵抗变形的能力。 所谓刚度失效，是指构件在外力作用下发 生的变形过大，超过了正常工作所允许的 变形量，这时即使构件的强度足够，但也 会影响构件的正常工作。如过程工业中管 道。 构件除了应满足强度条件之外，还应具有 一定的刚度，把变形控制在允许的范围内。 保证构件正常工作具有足够刚度的条件称 为刚度条件。
过程装备力学基础复习题答案
2012年过程装备力学基础复习资料1. 弹性力学研究的是什么？答.研究物体在弹性范围内由于外载荷作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移2. 什么是内力、应力？内力：物体因荷载等作用而引起的内部产生抵抗变形的力应力：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力3. 什么是平面应力和平面应变？举一例说明。
平面应力：只在平面内有应力，与该面垂直方向的应力可忽略，例如薄板拉压问题。
平面应变：只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变可忽略，例如水坝侧向水压问题4. 平面问题的边界条件有：位移边界条件、应力边界条件、混合边界条件，举例：混合边界条件：a.物体上的一部分边界为位移边界,另一部为应力边界；b. 物体的同一部分边界上，其中一个为位移边界条件，另一为应力边界条件。
5. 什么是圣维南原理？如果把物体的一小部分边界上的面力，变换为分布不同但静力等效的面力（主矢量相同，对于同一点的主矩也相同）那么，近处的应力分布将有显著的改变，但是远处所受的影响可以不计。
6. 平面问题的解法有哪几种方法？按基本变量的选定可分为：应力法，位移法和混合法等三种7. 什么是相容方程或变形协调方程？8. 什么是径向正应力、周向或环向正应力？在什么情况才这么描述？答案：1. 在厚壁圆筒中的微元体中各个面上的应力沿r 方向的正应力称为径向正应力，沿 方向的正应力称为环向应力或周向应力。
2.有些弹性体，如圆形，锲形，扇形等形状，采用极坐标较为方便，在极坐标中常常这么描述。
9. 已知轴对称平面应力情况下的应力分量、应变分量和位移分量的表达式为：⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+-=+=C r A C r A r 2222θσσ （1-38) ()()⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++=C r A E C r A E r )1(211)1(21122μμεμμεθ （1-39) ()⎪⎭⎪⎬⎫=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-++-=0)1(211v Cr r A E u μμ （1-40)，如图1所示，设环板的内半径为R i ，外半径为R o ，沿径向任一处的半径为r 。
过程装备固体力学基础
过程装备固体力学基础
过程装备固体力学是一门研究过程装备（例如，机械设备、化工设备、电力设备等）在工作过程中的力学行为的学科。
它主要基于固体力学基础，研究过程装备在使用、运行和维护过程中的受力、变形和破坏等问题。
过程装备固体力学的基础理论主要包括：
1.应力分析：研究过程装备在外力作用下内部产生的应力分布，包括静力和动力应力分析。
2.应变分析：研究过程装备在外力作用下的变形和形状变化，
包括线弹性和非线弹性变形。
3.材料力学：研究过程装备所用材料的力学性质，包括材料的
强度、刚度、韧性等。
4.疲劳与破坏：研究过程装备在循环荷载作用下的疲劳寿命和
失效机理，以及各种破坏模式的分析和预测。
5.振动与动力学：研究过程装备在振动和动力荷载下的响应特
性和稳定性，包括模态分析、频响分析和传递特性分析。
通过过程装备固体力学的研究，可以预测和评估过程装备的安全性、可靠性和寿命，为工程设计、制造和维护提供科学依据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
主要研究领域有：板壳的非线性力学、复合材料结构力学、结构动力学弹塑性动力学、包装力学、结构损伤检测、结构减振降噪理论及技术、结构检测加固、岩土力学与工程、阻尼材料与振动控制、新型材料动态本构关系、智能结构与微机电系统、压力容器理论与设计、传感器灵敏元件理论与设计、结构随机非线性振动理论与计算力学方法、结构的安全及可靠度研究、高性能混凝土与新型纤维混凝土、粘弹性材料本构分析、大跨度桥梁的理论与设计等。
其中，在板壳结构分析与应用、包装力学、结构损伤检测理论与应用等领域形成了明显的特色和优势，凝聚了一批在国内外有影响的青年学者，特别是在板壳非线性微分方程求解、板壳的非线性理论与计算、板壳理论的工程应用等三个方面，优势突出。
一、板壳结构分析与应用
本方向主要研究内容、特色优势、已取得代表性科研成果、在研代表性项目和可能取得的突破：
板和壳是固体中最常见的物体形式,是具有优良特性的结构元件，因此板壳结构分析是现代力学中特别引人注目的一个分支,几乎与一切工程设计都有关系,尤其对航天、航空、航海、机械、石油、化工、建筑、水利、动力、仪表、交通等工程设计更具有指导意义。
因此,该研究方向的特点就是该方向学术带头人刘人怀院士近40年在板壳结构领域进行了系统性创新研究并将成果应用到上述工程领域中。
本研究方向的主要从事以下几方面的研究：
1．板壳非线性理论与工程应用
（1）自1910年von Karman开创板壳非线性理论研究以来，这一方向的研究成果已为世界在20世纪的发展做出了突出的贡献。
但在前50年，因非线性数学缘故，发展缓慢，因此，寻求非线性微分方程解法成为关键。
在解析法的精确解法方面，刘人怀教授提出了修正幂级数方法，成功求解了最高阶导数项带有小参数的非线性微分方程。
在解析法的近似解法方面，刘人怀教授和叶开沅共同提出了修正迭代法，成功地求解了一系列板壳非线性微分方程，其成果获广东省自然科学一等奖
（2）结合工程实际，对波纹板壳、单层板壳、双金属旋转扁壳、夹层板壳、复合材料层合板壳和网格扁壳等6类板壳，进行了非线性弯曲、稳定和振动问题的研究，多数属国际先行探索。
前三类板壳主要作为精密仪器仪表和传感器的心脏—弹性元件，研究了7种波纹膜片，7种跳跃膜片和U型波纹管,其设计公式已在我国主要厂、所使用，结束了国内产品依赖外国公式加经验设计的历史。
系统地研究了复合材料层合板壳和夹层板壳的非线性问题，这两类板壳的研究为飞行器结构等设计提供了科学依据。
其成果获国务院侨办科技进步一等奖。
运用等效原则，建立了单、双层网格扁壳非线性理论，为大型公共建筑的屋盖结构、大型储油罐新型顶盖等设计提供了理论依据，并获2000年国家自然科学基金资助。
利用该理论对广州新白云国际机埸主航站楼的大跨度钢结构进行了稳定性分析。
成果《复合材料基本力学问题的理论研究》2005年获广东省科学技术一等奖
2．板壳线性理论与工程应用
（1）提出了既简单实用又符合工程设计精度要求的厚板壳弯曲理论，成功地应用于我国高压换热器、高压容器和超高压容器以及桥梁等的设计实践。
建立了国际上第一个厚管板理论，用于试制我国第一台大型换热分离氨组合设备的高压管板。
提出厚圆柱壳理论，挽救了六台报废的我国试制的生产航空煤油的铂重整装置。
提出厚球壳理论使我国大型尿素合成塔试制成功。
提出厚圆柱壳径向开孔的应力分析公式，指导了我国最高压力容器高压聚乙烯反应器的试制。
提出厚球壳和厚圆柱壳理论，成功地解决了我国最大直径加氢反应器的试制。
提出厚锥壳理论，用于我国最高铁路桥墩的设计。
（2）提出了组合壳的设计公式和锥壳的临界载荷计算公式，成功地用于我国最大炼油厂大型减压塔的设计
（3）使用厚板理论对辽河油田大直经扩孔钻头进行力学分析，为提高石油产量作出贡献.
1 弹性理论基本方程
1.1 空间问题
1.1.1 力的概念
1.1.2 空间问题的平衡方程
1.1.3 空间问题的几何方程
1.1.4 空间问题的物理方程
1.2 平面问题
1.2.1 平面应力问题与平面应变问题
1.2.2 平面问题的三大方程
1.2.3 弹性理论问题的求解方法
1.2.4 轴对称问题
2 薄壳理论
2.1 基本概念
2.1.1 基本术语
2.1.2 旋转薄壳变形的基本假设
2.2 回转薄壳的应力分析
2.2.1 平衡方程
2.2.2 几何方程
2.2.3 物理方程
2.3 回转薄壳的无力矩理论
2.3.1 无力矩理论的一般方程
2.3.2 应用无力矩理论的条件
2.3.3 无力矩理论的应用
2.4 有力矩理论
2.4.1 圆筒壳体的有力矩理论
2.4.2 有力矩理论应用
2.5 边缘应力
2.5.1 边缘应力产生的原因。