化工机械设备整理3

1六、主单元体、主面、主应力主单元体(Principalbidy)：各侧面上剪应力均为零的单元体。主面(PrincipalPlane)：剪应力为零的截面。主应力(PrincipalStress

）：主面上的正应力。主应力排列规定：按代数值大小，§5-1应力状态的概念s1s2s3xyzsxsysz2单向应力状态（UnidirectionalStateofStress）：一个主应力不为零的应力状态。

二向应力状态（PlaneStateofStress）：一个主应力为零的应力状态。三向应力状态（Three—DimensionalStateof

Stress）：三个主应力都不为零的应力状态。AsxsxtzxsxsxBtxz§5-1应力状态的概念3一、强度理论：是关于“构件发生强度失效（failurebyloststrength）起因”的假说。1、伽利略播下了第一强度理论的种子；二、材料的破坏形式：⑴屈服；⑵断裂。2、马里奥特关于变形过大引起破坏的论述，是第二强度理论的萌芽；3、杜奎特（C.Duguet)提出了最大剪应力理论；4、麦克斯威尔最早提出了最大畸变能理论（maximumdistortionenergytheory）；这是后来人们在他的书信出版后才知道的。§5-5强度理论简介4①外力分析：外力向形心简化并分解。②内力分析：每个外力分量对应的内力方程和内力图，确定危险面。③应力分析：建立强度条件。弯扭组合问题的求解步骤：§5-6组合变形的强度计算5§5-6组合变形的强度计算6（一）、最大拉应力（第一强度）理论：认为构件的断裂是由最大拉应力引起的。当最大拉应力达到单向拉伸的强度极限时，构件就断了。1、破坏判据：2、强度准则：3、实用范围：实用于破坏形式为脆断的构件。§5-5强度理论简介三、四大强度理论7（二）、最大伸长线应变（第二强度）理论：认为构件的断裂是由最大拉应力引起的。当最大伸长线应变达到单向拉伸试验下的极限应变时，构件就断了。1、破坏判据：2、强度准则：3、实用范围：实用于破坏形式为脆断的构件。§5-5强度理论简介8（三）、最大剪应力（第三强度）理论：认为构件的屈服是由最大剪应力引起的。当最大剪应力达到单向拉伸试验的极限剪应力时，构件就破坏了。1、破坏判据：3、实用范围：实用于破坏形式为屈服的构件。2、强度准则：§5-5强度理论简介9（四）、形状改变比能（第四强度）理论：认为构件的屈服是由形状改变比能引起的。当形状改变比能达到单向拉伸试验屈服时形状改变比能时，构件就破坏了。1、破坏判据：2、强度准则3、实用范围：实用于破坏形式为屈服的构件。§5-5强度理论简介10第六章

压杆的稳定性11§6-1压杆稳定定性的概概念细长压杆杆平衡，，当压力力小于“一定值”时，压杆杆一直处处于直线线形式的的平衡，，微小的的外界扰扰动使其其偏离平平衡位置置，发生生微小的的弯曲变变形。但但干扰解解除后，，它仍能能恢复到到初始直直线平衡衡位置。。这时称称压杆直直线形式式的平衡衡状态是是稳定的的。当压压力达到到“一定数值值”时，外界界扰动使使其发生生微小的的弯曲变变形。扰动解除除后，它将处于于微弯状状态下的的平衡，，而不能能恢复到到初始直直线平衡衡位置。。这时称称压杆直直线形式式的平衡衡状态是是不稳定定的。12§6-1压杆稳定定性的概概念失稳：压压杆丧失失直线形形式的平平衡状态态转变为为曲线形形式的平平衡状态态，这一一过程称称失稳，，又称屈屈曲。临界压力力（临界界载荷））Fcr——使压杆出出现失稳稳现象的的最小载载荷稳定平衡不稳定平衡临界界状状态态临界界压压力力:Pcr13§6-2临界界压压力力的的确确定定欧欧拉拉公公式式细长长压压杆杆的的临临界界压压力力Fcr的大大小小与与下下列列因因素素有有关关：：1.Fcr∝∝(1/L2)；2.Fcr∝∝E；3.Fcr∝∝I；4.Fcr与杆杆端端的的自自承承有有关关。。综合合这这些些因因素素，，可可以以得得临临界界压压力力Fcr的欧欧拉拉公公式式：：140.5l表6––1各种种支支承承约约束束条条件件下下等等截截面面细细长长压压杆杆临临界界力力的的欧欧拉拉公公式式支承承情情况况两端端铰铰支支一端端固固定定另另端端铰铰支支两端端固固定定一端端固固定定另另端端自自由由两端端固固定定但但可可沿沿横横向向相相对对移移动动支座座形形式式PcrABl临界界力力Pcr欧拉拉公公式式长度度系系数数μμ=1μ0.7μ=0.5μ=2μ=1PcrABlPcrABl0.7lCCDC—挠曲曲线线拐拐点点C、D—挠曲曲线线拐拐点点0.5lPcrPcrl2llC—挠曲曲线线拐拐点点15§6-3欧拉拉公公式式的的适适用用范范围围以以及及两两种种杆杆的的计计算算柔度度：：柔度反映了压杆的长度、两端约束、截面形状尺寸因素对压杆临界应力的综合影响。16§6-3欧拉拉公公式式的的适适用用范范围围以以及及两两种种杆杆的的计计算算只有有细细长长杆杆才才可可用用欧欧拉拉公公式式，，即即17§6-3欧拉拉公公式式的的适适用用范范围围及及杆杆的的计计算算对中长杆对粗短杆18分析析题题：：（1）薄薄壁壁圆圆筒筒受受内内压压环环向向应应力力是是轴轴向向应应力力两两倍倍。。问题题a：筒筒体体上上开开椭椭圆圆孔孔，，如如何何开开应使使其其短短轴轴与与筒筒体体的的轴轴线线平平行行，，以以尽尽量量减减少少开开孔孔对对纵纵截截面面的的削削弱弱程程度度，，使使环环向向应应力力不不致致增增加加很很多多。。19一、、外压压容容器器的的概概念念及及其其失失效效形形式式1.外压压容容器器的的概概念念外压压容容器器：：容容器器外外部部压压力力大大于于内内部部压压力力。。石油油、、化化工工生生产产中中外外压压操操作作，，例例如如：：石油分馏馏中的减减压蒸馏馏塔、多效蒸发发中的真真空冷凝凝器、带有蒸汽汽加热夹夹套的反反应釜真空干燥燥、真空空结晶设设备等。。2.外压容器器的失效效形式：强度不足足，失稳。§9-1概述20二、外压容器器失稳1.失稳的概概念：容器外压压与受内内压一样样产生径径向和环环向应力力，是压压应力。。也会发发生强度度破坏。。容器强度度足够却却突然失失去了原原有的形形状，筒筒壁被压压瘪或发发生褶绉绉，筒壁壁的圆环环截面一一瞬间变变成了曲曲波形。。这种在在外压作作用下，，筒体突突然失去去原有形形状的现现象称弹弹性失稳稳。容器发生生弹性失失稳将使使容器不不能维持持正常操操作，造造成容器器失效。。§9-1概述212.失稳现象象的实质质：外压失稳稳前，只只有单纯纯的压缩缩应力，，在失稳稳时，产产生了以以弯曲应应力为主主的附加加应力。。外压容器器的失稳稳，实际际上是容容器筒壁壁内的应应力状态态由单纯纯的压应应力平衡衡跃变为为主要受受弯曲应应力的新新平衡。。3.容器失稳稳形式§9-1概述22§9-1概述三、外压压圆筒容容器失稳稳的临界界压力临界压力力：导致筒体体失稳的的外压，，Pcr临界应力力：筒体在临临界压力力作用下下，筒壁壁内的环环向压缩缩应力，，以σcr外压低于Pcr，变形在压力卸除后能恢复其原先形状，即发生弹性变形。达到或高于Pcr时，产生的曲波形将是不可能恢复的。临界压力力的大小小与筒体体几何尺尺寸、材材质及结结构因素素有关。。23例9-1：分馏塔塔内径2000mm，塔身(不包括椭椭圆形封封头)塔的计算算长度钢板负偏偏差均为为0.8mm钢板的的腐蚀蚀裕量量取1mm。有效厚厚度为为7.2、10.2和12.2mm。简化计计算，，有效效厚度度7、10和12mm24当de=7mm时查图13-6得A=0.000085。20g钢板的的ss=250MPa（查手手册）），查查图13-9，A值点落落在材材料温温度线线得左左方，，故20g钢板370℃时的E=1.69×105MPa[p]＜0.1MPa，所以以9mm钢板不不能用用。25当de=10mm查图13-6得A=0.000013。查图图13-9，A值所在在点仍仍在材材料温温度线线得左左方，，故[p]＜0.1MPa，所以以12mm钢板也也不能能用。。26二、外外压压凸形形封头头的厚厚度设设计§9-3外压凸凸形封封头的的厚度度设计计1、半半球形形封头头(球壳)1）假设设δn，则δe=δn–C，定出出R0/δe。2）计算算系数数A：3）确定定许用用外压压力：：4）比较较p与[p]5）若p>[p]，重复复上述述过程程，直直到p<[p]。27§9-3外压凸凸形封封头的的厚度度设计计2、椭椭圆形形封头头3、碟形形封头头4、无折折边球球形封封头R0=K1D0标准椭椭圆形形封头头K1=0.928§9-4外压锥锥形筒筒体和和封头头的厚厚度设设计一、有有效效厚度度无折边边锥壳壳大端折折边锥锥壳δec=（δnc–C）COS二、计计算长长度（L=Le）Le=0.5Lx[1+（DS/DL）]Le=rsinα+0.5Lx[1+（DS/DL）]29§9-5加强圈圈的设设计一、加加强强圈的的作用用及结结构内径2000mm、全长长7000mm的分馏馏塔，，要保保证在在0.1MPa外压下下安全全操作作，须须用14mm厚钢板板。较较簿钢钢板满满足不不了外外压要要求。。装上一一定数数量的的加强强圈，，利用用圈对对筒壁壁的支支撑作作用，，可以以提高高圆筒筒的临临界压压力，，从而而提高高其工工作外外压。。30金属属非金属属无机材材料有机材材料碳素钢钢铸铁合金钢钢有色金金属及及其合合金三、常常见的的化工工设备备材料料§7-1化工设设备材材料概概述材料的的性能能主要要有：力学性性能物理性性能化学性性能工艺性性能31§7-2材料的的性能能力学性性能材料抵抵抗外外力而而不产产生超超过允允许的的变形形或不不被破破坏的的能力力，主主要特特征指指标：：强度度、塑塑性、、弹性性、韧韧性、、硬度度等。。强度强度是是固体体材料料在外外力作作用下下抵抗抗产生生塑性性变形形和断断裂的的特性性。屈服金属材材料承承受载载荷作作用，，当载载荷不不再增增加或或缓慢慢增加加时，，仍继继续发发生明明显的的塑性性变形形，这这种现现象称称为““屈服服”。。屈服点点（σs）：发生生屈服服现象象时的的应力力，即即开始始出现现塑性性变形形时的的应力力，称称为““屈服服点””，用用σs(MPa)表示，，即代代表材材料抵抵抗产产生塑塑性变变形的的能力力。32§7-2材料的的性能能（2）高高温对对材料料力学学性能能的影影响（（蠕变变和应应力松松弛））1）蠕变：：在高温温和长长期静静载作作用下下，即即使构构件上上的应力不不变，塑性性变形却随时时间而而缓慢慢增加，直至至破坏坏。注意：：应力力没增增加，，杆自自己在在变长长！P经过较长时间后P加静载§7-2材料的的性能能蠕变：在高高温时时，在在一定定的应应力下下，应应变随随时间间而增增加的的现象象，或或者金金属在在高温温和应应力作作用下下逐渐渐产生生塑性性变形形的现现象。。蠕变速速度：变形增增长的的速度度叫蠕蠕变速速度。。蠕变条条件：高温；；一定定的应应力。。蠕变变变形是是不可可恢复复的塑塑性变变形。。蠕变速速率与与应力力和温温度成成正比比。§7-2材料的的性能能352.碳钢的的分类类、编编号和和用途途§7-3碳素钢钢和铸铸铁（1）碳钢钢的分分类按含碳碳量分分为：：a低碳钢钢：含含碳量量≤0.25％；b中碳钢钢：含含碳量量在0.25％～0.6％之间间c高碳钢钢：含含碳量量＞0.6％。按钢的的质量量分为为：①普通通碳素素钢：：钢中中含S≤0.055％，P≤0.045％；②优质质碳素素钢：：钢中中含S≤0.04％，P≤0.040％；③高级级优质质碳素素钢:钢中含含S≤0.030％，P≤0.035％。36普通钢钢牌号号Q195Q215Q235Q255Q275

普通碳素钢屈服极限(MPa)§7-3碳素钢钢和铸铸铁Q235－AF质量等等级为为A，共分A、B、C、D四级屈服极极限σs=235MPa脱氧方方式：：有Z、TZ、F、b四种，，其中Z和TZ可省略略。屈372）优质质碳素素结构构钢（a）正常常含锰锰量的的优质质碳素素结构构钢：：含锰锰量0.8％。编号方方法简简单，，用两两位数数字表表示,数字表表示含含碳量量的万万分之之几。。例如20号钢、45号钢即表表示含碳碳量为0.20％、0.45％的优质质碳素结结构钢。。钢号从从05、08、10、15、20………直到85。如20Mn(20锰)或65Mn（65锰）。。（b）较高高含锰锰量的的优质质碳素素结构构钢：：锰含含量在在0.7～1.0％之间。。编号方方法是是在正正常含含锰量量优质质碳素素结构构钢钢钢号的的后面面加写写Mn(或猛)表示，，§7-3碳素钢钢和铸铸铁38如作焊焊丝用用的写写作H08，又如如锅炉炉用的的20号优质质碳素素结构构钢可可写作作20g（或20锅）。。（c）在优质质碳素素结构构钢中中，对对于专专门用用途的的优质质碳素素结构构钢编编号，，是在在钢号号前面面或后后面加加一个个表示示用途途的汉汉字或或汉字字的拼拼音符符号。。§7-3碳素钢钢和铸铸铁优质碳碳钢牌牌号08101520……85含碳量万分数15Mn20Mn……70Mn20R20gHP245容器用钢锅炉用钢焊接气瓶专用薄钢板含锰量较高的优质碳素钢39§7-3碳素钢钢和铸铸铁二、铸铸铁铸铁是是含碳碳量为为2.11％一6.69％的铁铁碳合合金，，工业业上常常用铸铸铁的的含碳碳量在在2.5％一4.0％之间间。锰锰、硅硅、硫硫、磷磷的含含量比比碳钢钢多。。铸铁的的强度度、塑塑性、、韧性性部很很差，，属于于脆性性材料料．这这是铸铸铁的的根本本缺点点。它的导导热性性差．．焊接接性差差，铸铸铁不不适合合制作作各类类结构构件和和重要要零件件。40（1）有优良良的铸铸造性性能：浇注注的温温度低低、流流动性性好、、偏析析倾向向小、、收缩缩率小小等。。不仅仅适合合浇铸铸大型型铸件件，也也适合合浇铸铸薄小小件。。（2）由于于石墨墨的存存在，，便于于吸收收机械械振动动能，，使之之变为为热能能。因因此铸铁具具有优优良的的减震震性，特别别适合合制作作各种种机床床床身身、设设备底底座等等。（3）石墨本本身有有润滑滑作用用，故故铸铁铁有干干式减减磨性性。当有有润滑滑剂存存在时时，由由于石石墨空空洞有有储油油的能能力，，使铸铸铁的的减磨磨性增增加。。（4）由于于石墨墨割裂裂了基基体的的连续续性，，铸铁铁在切切削时时易于于断屑屑，所所以铸铁有有很好好的切切削加加工工工艺性性能。。但在工工业上上应用用的铸铸铁中中，碳碳一般般是以以石墨墨状态态存在在，这这使得得铸铁铁也有有许多多优点点。§7-3碳素钢钢和铸铸铁41§7-3碳素钢钢和铸铸铁例：RTCr16例：QT400-18例：KTH300-10铸铁灰铸铁铁球墨铸铸铁可锻铸铸铁耐蚀铸铸铁耐热铸铸铁高硅耐耐蚀铸铸铁高铬耐耐蚀铸铸铁高镍耐耐蚀铸铸铁例：HT150§7-5合金钢钢四、不不锈钢钢一般称称耐空空气、、蒸汽汽和水水等弱弱腐蚀蚀介质质的钢钢为不不锈钢钢，称称耐酸酸、碱碱、盐盐等强强烈腐腐蚀性性介质质的钢钢为耐耐酸钢钢。习习惯上上这两两种钢钢统称称为不不锈钢钢。铬不锈锈钢：：1Cr13铬镍不不锈钢钢：1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9分类节镍不不锈钢钢：1Cr18Mn8Ni5N、0Cr17Mn13Mo2N43§7-5合金钢钢§7-5合金钢钢①铬Cr是主要的的耐蚀蚀元素素。耐蚀机机理：：当Cr>12.5%时，生成致致密氧氧化膜膜，且且Cr含量越越高耐耐蚀性性越好好。②镍Ni能提高高不锈锈钢的的耐蚀蚀范围围，耐电化化学腐腐蚀。③钼Mo能提高不不锈钢钢对氯氯离子子的抗抗蚀能能力；提高钢钢的耐耐热强强度。④钛Ti和铌Nb防止焊焊接用用不锈锈钢产产生晶晶间腐腐蚀。不锈钢钢中的的合金金元素素镍铌钼钛铬44§7-5合金钢钢二、合合金钢钢的分分类与与编号号合金钢钢的分分类按合金金元素含量量分低合金金钢中合金金钢高合金金钢按用途途分结构钢钢工具钢钢特殊钢钢（合金金元素素总量量5%）低合金金结构构钢合金结结构钢钢（合金金元素素总量量=5%-10%）（合金金元素素总量量10