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第1篇 工程力学基础3

第0章 绪论3

0.1任务、方法与对象3

0.2力的作用效应3

0.3刚体与变形体4

0.4受力分析4

0.5基本变形形式4

0.6强度、刚度与稳定性5

第1章 物体的受力分析与平衡6

1.1受力分析 受力图6

1.1.1基本概念6

1.1.2静力学公理7

1.1.3约束与约束反力10

1.1.4物体的受力分析和受力图13

1.2平面汇交力系的简化与平衡条件16

1.2.1平面汇交力系简化与平衡的几何法16

1.2.2平面汇交力系简化与平衡的解析法18

1.3力矩 力偶 力平移定理22

1.3.1力对点之矩 汇交力系的合力矩定理22

1.3.2平面力偶系的简化与平衡23

1.3.3力的平移定理26

1.4平面一般力系的简化与平衡27

1.4.1平面一般力系的简化28

1.4.2固定端约束29

1.4.3简化结果的讨论30

1.4.4平衡条件与平衡方程31

习题34

第2章 轴向拉伸与压缩39

2.1拉伸与压缩的基本概念39

2.2物体的内力 截面法40

2.2.1内力的概念40

2.2.2截面法求内力40

2.3拉伸与压缩时的应力分析42

2.3.1应力的概念42

2.3.2轴向拉压时横截面上的应力43

2.4拉伸与压缩变形 胡克定律45

2.4.1纵向变形45

2.4.2横向变形46

2.4.3胡克定律46

2.5轴向拉伸与压缩时的强度计算48

2.5.1许用应力与安全系数48

2.5.2轴向拉伸与压缩时的强度条件49

2.6热应力的概念52

2.7应力集中的概念53

习题54

第3章 剪切与圆轴扭转57

3.1剪切与挤压57

3.1.1剪切57

3.1.2挤压59

3.1.3剪切与挤压的强度计算60

3.1.4剪应变与剪切胡克定律简介64

3.2扭转65

3.2.1扭转的基本概念65

3.2.2扭转时外力的计算66

3.2.3扭转时内力的计算67

3.3圆轴扭转时的应力及强度条件71

3.3.1剪应变分布规律71

3.3.2剪应力分布规律72

3.3.3以静力平衡求剪应力73

3.3.4截面的几何性质、强度条件74

3.4圆轴扭转时的变形及刚度条件76

3.4.1圆轴扭转时的变形分析76

3.4.2圆轴扭转时的刚度条件76

习题82

第4章 梁的弯曲86

4.1基本概念86

4.2弯曲时的内力分析88

4.2.1弯曲内力88

4.2.2剪力和弯矩符号规则89

4.3弯矩图90

4.4弯曲时的应力和强度计算95

4.4.1平面假设与变形的几何关系95

4.4.2物理方程与应力分布97

4.4.3静力平衡方程97

4.4.4弯曲正应力公式适用范围的讨论98

4.5截面几何性质99

4.5.1常用截面的几何性质100

4.5.2组合截面的几何性质101

4.6弯曲正应力的强度条件103

4.7梁的优化设计107

4.7.1支承的合理安排107

4.7.2载荷的合理布置108

4.7.3截面形状的合理设计109

4.8梁的弯曲变形111

4.8.1梁的弹性曲线、挠度和转角111

4.8.2弹性曲线的近似微分方程112

4.8.3用叠加法求梁的变形116

4.8.4梁的刚度校核 提高抗弯刚度的措施116

习题117

第5章 强度理论与组合变形122

5.1强度理论简介122

5.2组合变形的概念123

5.3拉伸（压缩）与弯曲组合变形124

5.4扭转与弯曲组合变形128

5.4.1扭转与弯曲组合变形时的应力分析129

5.4.2扭转与弯曲时的强度计算129

习题132

第6章 压杆稳定135

6.1工程中的稳定性问题135

6.2两端球铰支细长压杆的临界力137

6.3杆端不同约束条件下细长压杆的临界力138

6.4压杆临界应力与欧拉公式的适用范围141

6.4.1临界应力和柔度141

6.4.2欧拉公式的适用范围142

6.4.3中柔度压杆的临界应力公式142

6.5压杆稳定性校核144

6.5.1压杆稳定性安全准则144

6.5.2压杆稳定性校核的安全系数法145

6.6工程中提高压杆稳定性的措施146

6.7其他构件稳定问题简介147

习题149

第2篇 化工设备材料153

第7章 材料基础知识153

7.1钢材生产基本知识153

7.1.1炼钢炉153

7.1.2炉外精炼154

7.1.3脱氧工艺154

7.1.4几个基本术语155

7.1.5钢材分类155

7.1.6钢铁牌号及表示方法157

7.1.7钢材的热处理158

7.2材料的性能160

7.2.1力学性能160

7.2.2物理性能165

7.2.3化学性能166

7.2.4工艺性能167

第8章 化工设备材料及其选择169

8.1碳钢169

8.2低合金钢及化工设备用特种钢170

8.2.1合金元素对钢性能的影响170

8.2.2低合金钢172

8.2.3锅炉和压力容器用钢板172

8.2.4不锈耐酸钢173

8.2.5耐热钢175

8.2.6低温用钢175

8.2.7钢材的品种和规格176

8.2.8化工设备用钢的选材原则177

8.3有色金属材料179

8.3.1铝及其合金179

8.3.2铜及其合金180

8.3.3铅及其合金180

8.3.4钛及其合金181

8.4非金属材料181

8.4.1无机非金属材料181

8.4.2有机非金属材料182

第9章 化工设备的腐蚀及防腐措施184

9.1金属的腐蚀184

9.1.1金属腐蚀的评定方法184

9.1.2化学腐蚀185

9.1.3电化学腐蚀187

9.2晶间腐蚀和应力腐蚀188

9.3金属腐蚀破坏的形式190

9.4金属设备的防腐措施190

习题191

第3篇 化工容器设计195

第10章 容器设计的基本知识195

10.1容器的分类与结构195

10.1.1容器的分类195

10.1.2容器的结构198

10.2容器零部件的标准化198

10.2.1标准化的意义198

10.2.2标准化的基本参数199

10.3压力容器的安全监察200

10.3.1我国压力容器的基本状况200

10.3.2我国压力容器安全监察体制201

10.4现行压力容器安全监察法规、规范介绍202

10.5压力容器建造标准规范206

10.5.1压力容器建造标准的基本内容206

10.5.2压力容器标准化体系207

10.6压力容器国内外标准简介208

10.6.1各国主要压力容器标准的性质和地位208

10.6.2各国压力容器分类的原则208

10.6.3各国主要标准的压力适用范围209

10.6.4在标准中及时体现先进技术的应用209

10.6.5我国主要压力容器建造标准简介210

10.7《钢制压力容器》简介211

10.7.1适用范围211

10.7.2不适用范围211

10.7.3超出标准规定范围的设计问题212

10.8设计载荷条件212

10.9压力容器设计寿命213

10.10容器机械设计的基本要求214

习题215

第11章 内压薄壁容器的应力分析217

11.1回转壳体的应力分析——薄膜应力理论217

11.1.1薄壁容器及其应力特点217

11.1.2基本概念与基本假设218

11.1.3经向应力计算公式——区域平衡方程式219

11.1.4环向应力计算公式——微体平衡方程式221

11.1.5轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围223

11.2薄膜理论的应用223

11.2.1受气体内压的圆筒形壳体223

11.2.2受气体内压的球形壳体224

11.2.3受气体内压的椭球壳体（椭圆形封头）225

11.2.4受气体内压的锥形壳体227

11.2.5受气体内压的碟形壳体（碟形封头）228

11.2.6例题231

11.3内压圆筒边缘应力232

11.3.1边缘应力的概念232

11.3.2边缘应力的特点233

11.3.3对边缘应力的处理234

习题235

第12章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计238

12.1强度设计的基本知识238

12.1.1关于弹性失效的设计准则238

12.1.2强度理论及其相应的强度条件239

12.2内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计240

12.2.1强度计算公式240

12.2.2设计参数的确定242

12.2.3容器的厚度和最小厚度251

12.2.4压力试验及其强度校核252

12.2.5例题257

12.3内压圆筒封头的设计259

12.3.1半球形封头260

12.3.2椭圆形封头260

12.3.3碟形封头261

12.3.4球冠形封头262

12.3.5锥形封头264

12.3.6平板封头269

12.3.7例题273

12.3.8封头的选择275

习题278

第13章 外压圆筒与封头的设计281

13.1概述281

13.1.1外压容器的失稳281

13.1.2容器失稳型式的分类281

13.2 临界压力282

13.2.1临界压力的概念282

13.2.2影响临界压力的因素282

13.2.3弹性失稳的理论计算方法284

13.2.4长圆筒、短圆筒和刚性圆筒285

13.2.5临界压力的理论计算286

13.2.6临界长度287

13.3外压圆筒的工程设计287

13.3.1设计准则287

13.3.2外压圆筒壁厚设计的图算法288

13.3.3外压容器的试压296

13.3.4例题296

13.4轴向受压圆筒失稳计算297

13.5外压球壳与凸形封头的设计298

13.5.1外压球壳和球形封头的设计298

13.5.2凸面受压封头的设计299

13.5.3例题299

13.6外压圆筒加强圈的设计300

13.6.1加强圈的作用与结构300

13.6.2加强圈的间距301

13.6.3加强圈的尺寸设计301

13.6.4加强圈与圆筒间的连接302

13.6.5例题303

习题304

第14章 容器零部件307

14.1法兰连接307

14.1.1法兰连接结构与密封原理307

14.1.2法兰的结构与分类308

14.1.3影响法兰密封的因素310

14.1.4法兰标准及选用317

14.2容器支座328

14.2.1卧式容器支座328

14.2.2立式容器支座335

14.3容器的开孔补强336

14.3.1开孔应力集中现象及其原因336

14.3.2开孔补强设计原则、形式与结构338

14.3.3等面积补强设计方法341

14.3.4例题347

14.4容器附件348

14.4.1接管348

14.4.2凸缘348

14.4.3手孔与人孔349

14.4.4视镜350

14.5容器设计举例350

14.5.1罐体壁厚设计350

14.5.2封头厚度设计351

14.5.3鞍座351

14.5.4人孔352

14.5.5人孔补强354

14.5.6接管354

14.5.7设备总装配图355

习题357

第4篇 典型化工设备的机械设计363

第15章 管壳式换热器的机械设计363

15.1概述363

15.1.1换热器的类型363

15.1.2换热器的选型364

15.2管壳式换热器366

15.2.1基本类型366

15.2.2总体设计368

15.3管壳式换热器的主要部件与结构设计369

15.3.1管板369

15.3.2管束370

15.3.3管子与管板的连接372

15.3.4管箱374

15.3.5管板与壳体的连接375

15.3.6管板与管箱的连接376

15.3.7管束分程377

15.3.8折流板和支承板378

15.3.9拉杆和定距管380

15.3.10进、出口接管381

15.3.11防冲和导流381

15.3.12排液口和排气口382

15.3.13支座382

15.4管板的计算与校核382

15.4.1基本假设382

15.4.2影响管板应力的因素383

15.4.3计算与校核384

15.5温差应力及膨胀节设置384

15.5.1温差引起的应力计算384

15.5.2管子拉脱力计算及校核385

15.5.3温差应力的补偿386

15.5.4膨胀节结构及设置387

15.6热管及热管换热器389

15.6.1热管389

15.6.2热管换热器391

第16章 塔设备设计395

16.1概述395

16.1.1塔设备的作用和类型395

16.1.2塔类型选择395

16.1.3对塔设备的要求396

16.2板式塔396

16.2.1设计内容396

16.2.2总体结构及分类397

16.2.3塔盘结构397

16.3填料塔409

16.3.1设计内容409

16.3.2总体结构410

16.3.3填料类型及选用410

16.3.4液体的分布装置和再分布装置414

16.3.5填料的支承装置419

16.3.6填料压板和床层限制板420

16.4辅装置及附件421

16.4.1裙座421

16.4.2除沫器422

16.4.3接管423

16.4.4吊柱427

16.5塔设备的机械设计428

16.5.1塔体的机械设计428

16.5.2裙座的机械设计439

16.6塔体与裙座的机械设计举例447

习题453

附录454

附录1常用金属材料的物理性能454

附录2优质碳素结构钢的钢号和化学成分（GB 711—88）455

附录3碳素结构钢的钢号、化学成分及力学性能456

附录4锅炉和压力容器用钢板（GB 713—2008）457

附录5螺栓、螺母材料组合及适用温度范围459

附录6钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力460

附录7图13-6和图13-8～图13-15数据表（GB 150—1998）470

附录8长颈法兰的最大允许工作压力（JB/T 4700—2000）476

附录9甲型、乙型平焊法兰和长颈法兰螺柱材料的选用477

附录10甲型平焊法兰、乙型平焊法兰尺寸系列480

附录11管法兰标准（HG 20592—97）483

附录12双鞍式支座标准（JB/T 4712—92）494

附录13耳式支座标准（JB/T 4725—92）504

附录14裙座上开设检查孔处的断面模数及面积506

附录15裙座标准系列尺寸507

附录16型钢表510

参考文献521