化工设备机械基础0(化机)20100915

主讲人：张永强内科大化学化工学院化工教研室2020年1月21日星期二化工设备机械基础（化机）序言相互认识化机的重要性课程的安排与要求2020年1月21日星期二化机的重要性一、目的和意义合理设备可以简化流程，降低成本设备的结构和材质具备基本工程力学知识，了解化工设备常用材料特性及焊接知识，掌握化工设备的设计计算，及典型机械传动。2020年1月21日星期二化学工程专业的三大基础课化工原理化工热力学化学反应工程2020年1月21日星期二课程的安排与要求学时的安排；力学基础（12）、化工材料及管路管件（8）、机械传动（6）、容器设计（14）、容器管理（4）、典型化工设备（8）考勤、作业、考试；课堂纪律2020年1月21日星期二知识产生知识传播知识应用研究教学服务创新育人产业化科学教育技术剑桥教务长：大学是积累、保存、传播、应用知识的地方。起初大学以传授知识为主，之后德国将教学与科研结合，最后斯坦福实现了教学、科研、服务经济三位一体。大学三功能2020年1月21日星期二注重实践学以致用王选：一项科技成果，不管它多么先进，只要它没有走出实验室，没有取得经济效益和社会效益，都不过是迷人的海市蜃楼罢了。杨振宁：“中国最失败的地方，是没有学会怎么把科技改变成为有经济效益的生产办法“。陶行知：创造始于行，行动是老子，思想是儿子，创造是孙子。读万卷书是做学问的一半，行万里路是做学问的另一半。毛泽东：实践出真知；不吃梨子一口，怎知梨子滋味。只有当科学与技术比翼双飞时，才能形成国家经济发展的永恒动力。书本得来终觉浅，绝知此事要躬行。行动有多远，思想就有多远。一位音乐教授说：老师既要登讲台，还要上舞台。知识经济到来，把知识与经济紧密结合起来，经济对知识的依赖培增。知识分子要体现知识的价值，但有钱无知不算富。知识就是力量，知识更是金钱。长远看，资本家不如知本家。知识本身不是力量，应用产生力量。科技价值不在获取，而在于利用。青年是科技创新的主力英剑桥：●牛顿（23岁）建立微分学、（26岁）建立积分学。●1953，25岁Watson(现为美国冷泉港实验室负责人)和37岁Click（04年去世）在《Science》发表DNA双螺旋结构论文2Pages(长篇未必充实，短论亦可高深),62年获诺贝尔奖。●1915年布拉格父子因用X射线研究晶体结构，小布拉格纠正其父错误获重大贡献，25岁小布拉格与其父同获诺贝尔奖。●俄国24岁Tswett《色谱分析原理》7页博士论文使难以分离的化合物，用一把剪刀可剪开。在此基础上，Martin1952年获诺贝尔化学奖。●04年诺贝尔物理奖：加州大学32岁的葛洛斯与其22岁研究生威塞克发现“夸克局限”现象。加州理工学院研究生24岁普利泽发现“渐近自由”，至此解决了“夸克禁闭”现象。（获奖者创造高峰期在25—45岁之间）青年是科技创新的主力●02年岛津公司没上过研究生的小职员田中耕一（42岁），发明蛋白质的分离方法，可准确识别癌细胞，获诺贝尔奖。●比尔盖茨21岁创办微软公司，改变了时代发展进程，连续8年世界首富。创新必须创业，创新通过创业来表达。●黄昆27提出“黄散射”，32岁与诺奖得主玻恩合写了《晶格动力学理论》等。自古英雄出少年，科学家也如此。有理想有目标有追求志向远大不断学习学会和各种人相处学会和别人一块分享喜悦有几个知心朋友宽恕别人尊重弱者理论力学：研究物体机械运动一般规律静力学运动学动力学材料力学:研究构件承载能力1．强度：构件抵抗破坏的能力2．刚度：构件抵抗变形的能力3．稳定性：构件保持原有平衡形态能力牛顿三定律(哲学规律)（惯性定律，F=ma,F=-F`）运动论，物质论，联系论工程力学的前世力学的发展是分析和综合想结合的过程。从总的发展趋势来看，牛顿运动定律建立以前力学研究的历史大致可分为两个时期:1.古代，从远古到公元5世纪，对平衡和运动有初步的了解;2.中世纪，从6世纪到16世纪，这个时期对力、运动以及它们之间的关系的认识已有发展，为牛顿运动定律的建立作了准备。工程力学的今朝牛顿运动定律的建立和从此以后力学研究的历史大致可分为四个时期:1.从17世纪初到18世纪末，经典力学的建立和完善化;2.19世纪，力学各主要分支的建立;3.从1900年到1960年，近代力学，它和工程技术特别是航空、航天技术密切联系;4.1960年以后，现代力学，力学同计算技术和自然科学其他学科广泛结合。赵州桥－隋公元605-618年间，李春百尺高虹横水面，一弯新月出云霄“假如给我一个支点，我就能撬动地球”阿基米德Archimedes(约公元前287～212）古希腊物理学家、数学家，静力学和流体静力学的奠基人。《论平面图形的平衡》、《论浮体》。达.芬奇（LeonardodaVinci，意大利1452-1519）汽车发动机微型发动机MEMS深度撞击DEEPIMPACT鸟巢－2008北京奥运主体育场宝马－概念自行车海尔“立体仓库”世界领先新华网山东频道2005年6月30日电青岛海尔集团国际物流中心立体库日前经过第三次技术革新，跃升为技术水平世界领先的物流中心。该立体库高22米，全部操作采用世界上最先进的激光导引无人运输车系统，实现了物流的自动化和智能化，使海尔集团库存资金占用从每年15亿元降至6亿元，杜绝了呆滞物资的产生。（新华社记者朱峥摄）水煤浆气化炉多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业装置兖矿国泰化工有限公司气化炉炉头储罐、冷凝器、切片机不锈钢反应釜外盘管反应锅、蒸汽加热反应锅主体车间全景图三层平台全景图二层平台局部图地面设备布置图反应物料配制系统碱镍配制碱镍过滤氨水配制料液储存反应系统精密计量泵系统反应系统清洗系统碱液清洗固液分离离心清洗干燥筛分包装产品干燥干燥筛分包装第一篇力学基础第一章刚体的受力分析及平衡规律本章的重点内容：1.力的概念，力的三个要素；2.作用与反作用定律，二力平衡定律，力的合成与分解；3.约束和约束反力；4.力矩、力偶的概念，力的平移；5.受力图分析；6.平面力系的平衡方程式第一节静力学基本概念一力的概念及作用形式概念：力是物体间相互作用。力的三要素：力的大小、方向、作用点。力是既有大小又有方向的矢量，它可以用表示矢量的方法来表示（图1-1）。如下图中作用小车上的重力P与拉力T。力的作用形式大致有以下三种：（图1-2）集中力均布载荷线分布力按照国际单位制，力的单位用“牛”(N)或“千牛”(kN)。二刚体的概念所谓的刚体就是指在力的作用下不发生变形的物体。它是原物体的理想化的模型。三平衡的概念二力平衡定律等值、反向、共线（图1-3）。实例如右图：二力构件和二力杆，三力汇交加减平衡力系原理:力的可传性原理在作用于刚体的任意已知力系中，加上或减去任意的平衡力系，不改变原力系对刚体的作用效果。四、作用和反作用定律力大小相等，方向相反，而作用线相同（等值、反向、共线）。注意：在分析物体受力时要正确区分二力平衡和作用力与反作用力。前者是同一物体上的两个力的作用；后者是分别作用在两个物体上的两个力，它们的效果不能互相抵消。五．力学公理1、作用与反作用定律2、二力平衡定律二力构件和二力杆3、加减平衡力系定律4、力的平行四边形法则5、刚化原理：平衡的变形体刚化为刚体，则平衡状态保持不变。第二节力矩与力偶dFFmO)()()(iOOFmRm合力矩定理：平面力系向其作用面内任一点简化的结果是使力系简化为一个通过简化中心的主矢量R和一个对简化中心的主矩MO。一、力矩力矩定义力对O点的矩是力使物体产生绕O点转动的效应度量。二、力偶定义：作用在同一物体上等值、反向、不共线的一对平行力称为力偶。力偶的计算公式如下：dFm力偶的三个主要特征：1)保持力偶矩的大小和转向不变，力偶可在作用面内任意移动，而刚体的作用效果不变；2)保持力偶矩的大小和转向不变，改变力偶中力的大小和力偶臂的长短，不会改变刚体的作用效果；3)力偶可以移到与其作用面平行的平面内，刚体的作用效果不。力偶的三要素：力偶矩的大小、力偶的转向和力偶的作用面特征：1、是一个基本的力学量，不能与一个力平衡，力偶只能与力偶平衡。2、力偶对作用面内任一点之矩与矩心的位置无关，恒等于力偶矩。3、同平面内两力偶等效是力偶矩相等。mM0m三、力的平移力的平移：就是把作用在刚体上的一个力，从原位置平行移动到该刚体上另一位置。力线平移定理：作用在刚体上的力F可以平行移动到刚体上任一点，但同时必须附加一个力偶，其力偶等于原力F对新作用点的矩。四、平面一般力系向一点的简化iFR主矢：iOmM主矩：平面力系简化结果的讨论平面力系向简化中心O点简化后，有四种可能简化结果。1）R≠0，MO=02）R＝0，MO≠03）R≠0，MO≠04）R＝0，MO＝0平面力系的平衡方程式平面力系平衡的充要条件：力系的主矢和对任一点的主矩都等于零。0,0OMR0)(,0,0FmYXO0,0)(,0)(XFmFmBA0)(,0)(,0)(FmFmFmCBA第三节物体的受力分析一、约束和约束反力主动力（促使运动）约束反力：阻碍物体改变运动状态的力约束反力：方向，作用点，大小自由体（只受主动力，能在空间任何方向自由运动）、非自由体和约束（限制非自由体运动的物体）1、柔性体约束（柔索约束）绳索，传动带，链条等，忽略刚性，不计重力，绝对柔软且不可伸长特点：只受拉，不受压，不能抗拒弯矩，限制物体沿柔性体伸长的方向运动。2、光滑接触面（线）约束特点：只受压，不受拉，沿接触点处的公法线而指向物体，一般用N表示。又叫法向反力。忽略摩擦，理想光滑。3、铰链约束（1）固定铰链支座约束底座固定在支撑面上的铰支座。特点：底座既限制物体沿支撑面法线方向的运动也限制沿支撑面的运动固定铰链支座类型（2）活动铰链支座约束底座可以移动的铰链支座。特点：底座只能限制物体沿支撑面法线方向的运动而不限制沿支撑面的运动。活动铰链支座类型4、固定端约束特点：这类约束的特点是既限制物体的移动也限制物体的转动。二、受力图例1-1．某化工厂的卧式容器，容器总重量(包括物料、保温层等)为Q，全长为L，支座B采用固定式鞍座，支座C采用活动式鞍座。试画出容器的受力图。例1-2．焊接在钢柱上的三角形钢结构管道支架，上面铺设三根管道，试画出结构整体及各构件的受力图。例1-3刚架自身重力不计，AC上作用载荷，画出AC、BC及刚架整体的受力图画受力图的步骤：(1)简化结构，画结构简图；(2)选择研究对象，画出作用在其上的全部主动力；(3)根据约束性质，画出作用于研究对象上的约束反力。第四节平面力系的平衡方程式平面力系平衡的必要与充分条件：力系的主矢和对任一点的主矩都等于零。0,0OMR0)(,0,0FmYXO0,0)(,0)(XFmFmBA0)(,0)(,0)(FmFmFmCBA例1-4梁AB，长L=6m，A、B端各作用一力偶，m1=15kN.m，m2=24kN.m，转向如图所示，求支座A、B的反力。0021mmLRmA)(5.16152421kNLmmRA例1-5直杆AB与弯杆BC铰接，已知AB杆上有一力偶矩为M的力偶作用，各杆重力不计。求支座A、C处的约束反力。00dRMmAaad2330cos0MadMRA332例1-6刚架所受荷载、尺寸及支承情况见图，求支座A及B处的反力。020)(0000aPmbQbRFmQRYYPXXBABAA例1-7悬臂梁AB作用有均布荷载q，在自由端还受一集中力和一力偶矩为m的力偶作用，梁长度为L。求固定端A的约束反力。××020)(0000mLPLqLMFmPqLYYXXAAAAmPLqLMPqLYXAAA221,,0解得：第二章金属在外力作用下显示的机械性能第一节弹性体的变形与内力1.如何理解“弹性体”；2.什么是“变形”？3.内力的概念？4