《化工设备机械基础》课程教学大纲

1、化工设备机械基础教学大纲一、说 明适用专业化学工程与工艺先修课程大学物理，化工原理总学时40总学分2.5（一）本课程的目的、要求化工设备机械基础是研究受力构件的变形规律及其强度、刚度和稳定条件、化工设备及其零部件的受力、设计方法的一门化学工程与工艺专业的专业必修课。课程开设的目的在于使学生具备基本工程力学知识，了解化工设备的选材要求及常用材料的特性，了解和掌握化工设备的设计计算方法和过程及典型设备的结构设计与计算，强化化工类专业本科生对化工设备的机械知识和设计能力，为从事化工设备机械的设计、使用、管理和维护打下基础。化工设备是为化工工艺过程服务的，是完成化工生产的主要生产工具。教学中应贯彻应用

2、性原则和重视素质培养原则，培养学生化工设备设计的基本技能。教学的基本要求是通过理论教学，使学生掌握化工设备及其构件的受力和分析方法、化工设备常用材料及其选择、化工容器规范设计、压力容器使用和管理等方面的基本知识和基本技能，逐步培养和深化学生的工程意识，提高其分析问题和解决实际问题的能力，为毕业后学生能够胜任实际工作奠定基础。（二）内容选取和实施中注意的问题以潘永亮主编的化工设备机械基础（第二版）为基本教材，共19章。课程分为工程力学基础（静力学、材料力学）、化工容器及设备和机械传动装置三大部分。重点讲述工程力学基础和化工容器及设备，介绍力学的基本概念，物体的受力分析和静力学平衡条件，材料拉伸与

3、压缩、平面弯曲、剪切和扭转四种基本变形形式，构件内力与外力的关系，应变与应力的关系，容器的基本知识及分类，回转壳体的类型、特点、计算方法及设计要求，化工设备标准零部件的结构及选用。第7章复杂应力状态及强度理论、第12章管壳式换热器、第13章塔设备、第14章搅拌反应器以及第三篇机械传动装置作为自学内容。（三）教学方法采用多媒体教学的形式，以课堂教学为主，自学为辅。（四）考核方式本课程为考查课程，总评成绩根据考勤情况、课堂提问、作业及平时表现综合确定。（五）教学内容与学时分配教学章节教学内容学时安排备注1静力学基础32平面汇交力系33平面一般力系34直杆的轴向拉伸与压缩65剪切及扭转66弯曲68化

4、工设备常用材料19容器设计基础610外压容器设计411容器零部件2二、大 纲 内 容第一章 静力学基础1. 静力学基本概念2. 静力学的公理3. 约束与约束反力4. 受力分析和受力图说明和要求:(1)掌握力、刚体、平衡、约束、约束反力、分离体、二力构件的概念；(2)掌握二力平衡公理、加减平衡力系公理、力的平行四边形公理、作用力和反作用力公理；(3)掌握约束与约束反力；(4)熟练绘制分离体的受力图，并能正确地完成构件的受力分析。重点：力、约束、约束反力的概念，构件受力图的绘制。难点：约束、约束反力和构件的受力分析。第二章 平面汇交力系1. 平面汇交力系的合成2. 平面汇交力系的平衡条件说明和要求

5、:(1)掌握平面汇交力系合成的力三角形法则与力多边形法则；(2)掌握力的分解、力在坐标轴上的投影、合力投影定理；(3)掌握平面汇交力系的平衡方程及应用；(4)掌握三力平衡汇交定理。重点：合力投影定理。难点：平面汇交力系平衡方程的应用。第三章 平面一般力系1. 力矩与力偶2. 力的平移定理3. 平面一般力系的简化4. 平面一般力系的平衡条件和平衡方程说明和要求:(1)掌握力矩、力偶的概念； (2)掌握力的平移定理、合力矩定理；(3)掌握平面一般力系的简化；(4)掌握平面一般力系的平衡方程及应用。重点：平面一般力系平衡方程的应用。难点：平面一般力系的简化。 第四章 直杆的轴向拉伸与压缩1. 直杆轴

6、向拉伸及压缩的内力和应力2. 直杆拉伸和压缩时的变形3. 材料的机械性能4. 杆件在拉伸及压缩时的强度计算说明和要求:(1)掌握轴力、应力、应变的概念及其计算；(2)掌握直杆在斜截面上的正应力和剪应力的概念及其计算；(3)掌握胡克定律的表达形式及其应用条件；(4)掌握求取内力的方法截面法，绘制轴力图；(5)掌握低碳钢材料在拉伸和压缩时的应力应变曲线及材料的力学性能指标；(6)掌握杆件承受拉压时的强度条件以及许用应力的确定；(7)掌握杆件承受拉压时的强度条件去完成强度校核、截面设计、确定最大许可载荷等与其强度相关的计算；(8)了解应力集中概念。重点：轴力、应力、应变和截面法的概念，拉伸和压缩的强

7、度计算。难点：分析低碳钢在受力和变形过程中所表现的力学性质。第五章 剪切及扭转1. 剪切2. 圆轴扭转时的外力和内力3. 圆轴扭转时的应力4. 圆轴扭转时的强度和刚度计算说明和要求:(1)掌握剪切变形、剪力、许用剪应力、扭转变形、轴、剪应变的概念；(2)掌握剪切的强度条件及计算，剪切胡克定律；(3)掌握挤压应力和挤压面积计算，挤压强度条件的应用；(4)掌握恒定转速下功率和扭矩的相互转化；(5)掌握外力偶矩的计算，扭矩及扭矩图；(6)掌握圆轴扭转时剪应力计算及剪应力分布情况；(7)掌握圆轴扭转时的强度条件、刚度条件的概念及其计算。重点：剪切和挤压的计算，圆轴扭转时外力、内力和应力的计算，应用扭转

8、强度、刚度条件进行圆轴的设计和校核。难点：圆轴扭转时的变形和应力分析。第六章 弯曲1. 平面弯曲及梁的类型2. 梁弯曲时的内力剪力和弯矩3. 剪力图和弯矩图4. 梁横截面上的正应力5. 轴惯性矩和梁的强度计算6. 梁横截面的合理选择说明和要求:(1)掌握梁、平面弯曲、纯弯曲的概念；(2)掌握杆件弯曲受力和变形的特点，梁的支座及梁的基本形式；(3)掌握梁弯曲时横截面上内力（剪力Q和弯矩M）的求取以及Q图和M图的画法；(4)掌握梁正应力的计算公式和分布规律；(5)掌握常用截面的轴惯性矩、抗弯截面模量的计算；(6)掌握弯曲正应力的强度条件解决三类强度计算问题；(7)了解梁横截面的合理选择。重点：剪力

9、图和弯矩图，纯弯曲时梁横截面上的正应力及计算。难点：剪力图、弯矩图以及梁正应力的分析。第八章 化工设备常用材料1. 化工设备常用金属材料的基本性能2. 金属材料的腐蚀与防护3. 化工设备常用材料说明和要求:(1)掌握化工设备常用金属材料机械性能的主要指标；(2)了解金属材料的耐蚀性能、物理性能及加工工艺性能；(3)了解金属材料形成化学腐蚀、电化学腐蚀的条件，以及化工设备腐蚀破坏的特征及防腐措施；(4)了解化工设备常用材料，会运用选材原则对化工设备进行选材。重点：化工设备材料的选择。难点：材料的性能。第九章 容器设计基础1. 概述2. 内压容器设计的理论基础3. 边缘应力概念4. 内压容器设计5

10、. 内压封头的设计与选择说明和要求:(1)了解容器的分类和结构；(2)掌握回转壳体的几何特性； (3)掌握回转壳体薄膜应力的计算及其适用条件；(4)掌握典型回转壳体（圆柱壳、球壳、圆锥壳、椭球壳等）薄膜应力的计算；(5)了解边缘应力的概念及其特性；(6)掌握内压圆筒的厚度设计；(7)掌握半球形封头、椭圆形封头、碟形封头、锥形封头、平板封头厚度的计算。重点：典型回转壳体的应力分析，椭圆形封头设计。难点：回转壳体薄膜应力分析。第十章 外压容器设计1. 概述2. 薄壁筒体的临界压力计算公式3. 外压圆筒的设计计算4. 加强圈5. 外压封头设计说明和要求:(1)了解外压容器的结构；(2)了解外压容器失稳形式，掌握稳定性与临界压力概念及其影响因素；(3)了解外压圆筒的分类，掌握外压圆筒的设计计算； (4)掌握外压圆筒加强圈设计；(5)掌握外压凸形封头的设计。重点：外压圆筒设计的图算法。难点：图算法原理。第十一章 容器零部件1. 法兰2. 容器支座3. 容器开孔与补强说明和要求:(1)掌握法兰连接的密封原理、结构形式和分类；(2)了解密封面的形式及适用场合；(3)掌握法兰标准及选用法兰标准的主要参数；(4)掌握容器支座的分类和结构；(5)掌握容器开孔补强的原则及其设计方法。重点：法兰和支座的结构、分类、选型。难点：容器的开孔补强。三、教材和主要参考书教材：潘永亮主编.化工设备机械基础(第二版