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1、过程装备结构分析过程装备结构分析 Structural Analysis for Process Equipment 孙 家 斌 大连理工大学海洋科学与技术学院 Phone: Email: jiabin-. 2013.08 盘锦 1 主要参考教材主要参考教材 补充教材补充教材 陈 旭 过程装备力学基础第二版，化学 工业出版社，2006. 朱孝钦，刘俊明 过程装备基础第二版， 化学工业出版社，2011. 徐芝纶 弹性力学第四版 上、下，高等 教育出版社，2006. 陈铁云，沈惠申 结构的屈曲，上海科 学技术文献出版社，1993. Timoshenko SP, Goodi

2、er JN. 弹性理论 第三版，清华大学出版社，2004. Timoshenko SP, James MG. Theory of E lastic Stability , Dover Publications, 2009. 2 第一章第一章 绪绪 论论 过程装备概述过程装备概述 过程装备典型结构形式过程装备典型结构形式 过程装备力学构成过程装备力学构成 过程装备结构分析内容过程装备结构分析内容 本章小结本章小结 3 Part 1 1 过程装备概述过程装备概述 在这个世界上，我们可以失去很多东西，但失去其中一些东西，将大大 改变我们生存的方式和含义。我们不妨设想一下： 如果没有合成氨和尿素装置.

3、我们的粮食会大面积减产，世界上有大 量的人群将因饥饿而死亡； 如果没有炼油装置我们的汽车将无法出行，飞机将无法起飞； 如果没有现代锅炉和发电装置我们的空调、冰箱将无法使用，城市 将处于昏暗之中； 如果没有药物合成装置人类的平均寿命会大为缩短； 如果没有电子材料的制造装置先进计算机技术无法实现，人们不得 不靠传话通讯 “人类不可缺失的人类不可缺失的.”.”高金吉院士高金吉院士 以上这些装置都可称之为“过程装备”。 4 过程装备的定义过程装备的定义 转换 过程 生产设备 产品原料 生产技术 过程：一种或多种原料经一系列加工、“转换”和处理而生产出最终产 品或中间体的全过程。 过程装备：完成物料转换

4、所必需的成套装置，包括主体装备及其附件。 物料组份的改变物料性能的改变物料种类的改变 Part 1 1 过程装备概述过程装备概述 5 过程装备的种类过程装备的种类 机械过程装备 工作原理运动方式生产次序 过程装备 热力过程装备 化学过程装备 生物过程装备 静止过程设备 运动过程机械 预处理设备 主转换设备 后处理设备 Part 1 1 过程装备概述过程装备概述 6 纤维素生物质同步水解技 术 典型过程装备典型过程装备 浮式生产、储油、卸油船（海上石油工厂FPSO） Part 1 1 过程装备概述过程装备概述 7 Part 1 2 过程装备典型结构形式过程装备典型结构形式 杆件一个方向的尺寸远大

5、于其他两个方向的尺寸的构件。 杆系由多个杆件在相应的节点上连接成几何不变的格构式承重结构， 如过程装备支架（附件）。 8 板构件一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸且各处曲率均为 零，如压力容器的平盖，制冷设备侧壁。 圆板 圆环侧壁板 Part 1 2 过程装备典型结构形式过程装备典型结构形式 9 壳构件一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸且至少有一个 方向的曲率不为零，如压力容器和储罐的各种外壳 。 圆锥壳 圆柱壳 穹壳穹壳+圆柱壳球壳 Part 1 2 过程装备典型结构形式过程装备典型结构形式 10 Part 1 3 过程装备力学构成过程装备力学构成 杆件材料力学：梁、柱等杆件在拉、压

6、、弯、扭、剪状态下的应 力与位移。 杆系结构力学：桁架、钢架等杆系结构的约束力、内力与位移。 板、壳弹性力学：板、壳等受力体的应力、应变和位移的精确解。 塑性力学、断裂力学和机械振动学。 (A)(B)(C) 11 Part 1 4 过程装备结构分析内容过程装备结构分析内容 强度条件强度是指构件在外力作用下抵抗破坏的能力，保证构件 正常工作具备足够强度的条件，称为强度条件。 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 。 / rcsc n 屈服极限 r c s c n 许用应力 屈服极限 安全系数1 实际应力 12 结构稳

7、定性 稳定平衡 （A） 不稳定平衡 （B） 临界稳定平衡 (C) cr Part 1 4 过程装备结构分析内容过程装备结构分析内容 13 稳定性条件稳定性是指构件在外力作用下保持其原有平衡形态的 能力，保证构件正常工作具有足够稳定性的条件，称为稳定性条件。 构件受到外界的某种干扰力作用，会偏离原有的平衡形态。当干扰力 消失，构件又重新回复到原平衡形态，则称这种平衡是稳定的，否则 就是丧失了稳定性，称为失稳。如细长受压直杆和受外压的薄壁圆筒， 都有稳定性问题。 / rcrc n r cr c n 临界应力 安全系数1 实际应力 Part 1 4 过程装备结构分析内容过程装备结构分析内容 14 刚度条件刚度是指构件在外力作用下抵抗变形的能力，保证构件 正常工作具有足够刚度的条件，称为刚度条件。 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。如过程工业中的管道。 rc ff r c f f 许用刚度 实际刚度 Part 1 4 过程装备结构分析内容过程装备结构分析内容 15 Part 1 5 本章小结本章小结 知识点1：过程装备的定义完成物料转换所必需的成 套装置，包括主体装备及其附件。 知识点2：过程装备典型