过程设备机械设计全册配套完整课件

过程设备机械设计全册配套完整课件qWPMNxNy已知外力：W、P、q未知外力？安全可靠：材料、形状、尺寸2构件的受力分析受力分析是研究构件变形和破坏规律的基础本章主要讨论两个问题：1)刚体的受力分析（图）；2)运用静力平衡概念、研究平衡规律，求解未知力。静力学：研究刚体平衡规律的科学

平衡：物体相对于地面保持静止或匀速直线运动的状态。2.1静力学基本概念

力：使物体具有运动或运动趋势的相互作用。力是矢量：具有大小和方向。力的单位：N（KN），Kgf1Kgf=9.8N力的三要素：作用点，方向，大小力/力系的作用效应：外效应/简化/等效力系/合力

刚体力的效应力的效应物体的机械运动状态发生变化物体的形状发生变化外效应内效应

等效力系

若力系对同一刚体分别作用时，产生的效果完全相同，这两个力系为等效力系。平衡力系若一力系能使刚体保持平衡状态，这个力系为平衡力系（必须有一参照体系、时间限制）。qWPMNxNy概念：刚体、力系、平衡

受力分析目的：求解未知力总结

在已知力（主动力）的作用下，确定未知力（约束反力）的大小和方向。受力分析的任务：静力学公理1.二力平衡公理平衡力？反作用力二力平衡公理

作用于同一刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要与充分条件是：这两个力大小相等、方向相反、且作用在同一直线上。可以引伸出二力杆件。

二力杆件

受二力作用而平衡的构件二力杆件不受构件外形的限制，受力线在两受力点的连线上。F1F2FBCABCFBFC二力构件2.加减平衡力系公理FFN在一刚体上任意加上或减去一个平衡力系，而不改变原力系对该刚体的效应。2.加减平衡力系公理推论：力在刚体上的可传性。作用在刚体上的力可沿其作用线移动，而不改变对刚体的效应。F2FF1F3R3.平行四边形法则4.三力平衡汇交定律刚体在三力作用下平衡时，若其中的两力作用线相交于一点，则第三力的作用线必通过该点，且三力共面。F2F12F1F3O2.2约束、约束反力和受力图约束：对于某物体的活动起限制作用的其它物体；约束反力：限制物体运动的力；主动力：引起物体运动和运动趋势的力；被动力：由主动力的作用而引起的力；受力图：对研究对象画出的关于所有作用力的简图。柔性约束约束反力的作用线沿着被拉直的柔性物体中心线且背离物体运动方向。GCBGBCSGAASTCT’CT’BTB光滑接触面约束约束反力通过接触点，并沿公法线，指向与物体被阻止运动的方向相反（即恒指向被约束的物体)ABOWNAN’ANBN’BABOW槽铁对物体的约束固定铰链约束

约束反力作用在接触点上,作用线垂直销钉轴线并通过轴心。杆件受力情况的不同时,m点位置不同，约束反力随之变化。受力分析时，用互相垂直的两个分力代替方向待定的反力N。活动铰链约束（辊轴支座约束）约束反力的指向必定垂直于支承面，并通过铰链中心。M支座容器WNYNX固定端约束限制物体三个方向运动，产生三个约束反力。一个未知大小和方向的反力:即两个互相垂直的分力一个反力矩。受力分析步骤确定研究对象,去除约束,取分离体画图画作用力，先主动力，后约束反力只画外力，不画内力受力图：表示分离体及其所受外力的图。例1画人孔盖的受力图NxNy例2画机架的受力图2WCADBCDDABWNAxNAyT’TT二力构件：仅受二力作用而平衡的构件。先分析。FABCPRBCRBR’BRAPFR’BCRC画下列机构各杆件受力图2.3平面汇交力系的合成及平衡条件定义：作用于物体上的诸力的作用线位于同一平面内，且汇交于一点。一、平面汇交力系的合成1、力在坐标轴上的投影2、合力投影定理FF1F2多个力时静力平衡条件二、平面汇交力系的平衡条件它的必要条件例2画机架的受力图2WCADBCDDABWNAxNAyT’TT二力构件：仅受二力作用而平衡的构件。先分析。例3求AB、BC杆的受力NBCNCBNABNBANBABBCA解：以小滑轮为研究对象，取分离体画

受力图如图，为平面汇交力系，根

据平衡条件得：解得：平面汇交力系的解题方法根据题意，选取适当的物体为研究对象，画出受力图。若约束反力的方向不能预先判定，可以先进行假定。在力系的汇交点上，选取适当的坐标系。选取的坐标系应尽量使力的投影计算简便。一般应使坐标轴与较多的力平行或垂直。由平衡条件列出平衡方程，求解未知量。教材P21：例2-32.4平面力偶系的合成和平衡条件2.4.1力矩与合力矩定理一、力矩二、合力矩定理

力矩的效果：转动力矩的单位：牛•米（N•m）平面汇交力系中的合力F2.4.2力偶与力偶矩定义：作用在物体上一对大小相等、方向相反不共作用线的平行力；作用效应：使物体发生转动；力偶矩：力的数值与力臂的乘积M＝±F•d,±表示力偶使物体产生转动的方向,规定逆时针转向的力偶为正;F•d表示转动效果的大小。单位：N•m。力偶矩的实质：力偶的两个力对力偶平面内任意点的矩的代数和。特征：只要M＝Fd相等，使物体产生的转动方向相同，这两个力偶的作用效果完全相同，称为等效力偶或互等力偶。受力分析时可互相代替。力偶三要素：？？？2.4.3力偶的合成和平衡条件M1=F1d1,M2=F2d2

将M2化为力臂为d1,力为K2的等效力偶，则:K2＝M2/d1

合力：R＝F1＋K2

合力偶：M=Rd1=(F1+M2/d1)=M1+M2平衡条件：2.5平面一般力系的合成和平衡条件

力线平移定理yox.F1F4F3F2ox.F1M4F3F2CCM1M2M3F4

通过力的平移，将原平面一般力系简化为一个平面汇交力系和一个平面力偶系。

平面一般力系向已知点简化处理方法：将平面一般力系转化为一组汇交力系和一组力偶系。

平衡条件：

平面一般力系的平衡条件例4求悬臂梁的约束反力lqBA解:相当于合力Q=ql作用于中心位置l/2处qlBABRAyMRAXQ例5（习题2-16）求E点的反力和BD杆的受力以E为支点：BD为二力杆本章作业

思考题：P34

习题：2-3,5,92-13、2-17本章总结

研究对象

研究任务

研究方法习题NAyNAxNBNB=7.05KN，NAX＝14.1KN，NAY=7.05KN习题NAyNAxNBNB=10KN，NAX＝21.15KN，NAY=7.01KN习题NAyNAXNB习题NAyNAXNB3拉伸与压缩3.1材料力学的任务和研究对象3.2直杆拉压的应力与强度条件3.3拉压的变形与虎克定律3.4材料的力学性能与测试3.5交变应力和应力集中3.1材料力学的基本概念材料力学的任务：安全+经济,技术经济材料力学的研究对象：变形固体（构件）

安全可靠：在力学角度必须满足——足够的承载能力（足够的强度、刚度、稳定性）

经济之一：合适选材、减少材料消耗概念：弹性变形、塑性变形材料力学的基本假定：

小变形条件，材料的连续性，各向同性构件的类型:板、壳、杆杆件基本变形的形式：拉压、弯曲、剪切、扭转小变形条件：变形很微小连续性假设：物质结构是密实的、连续的各向同性假设:材料在各个方向的力学性质都相同。表3-1基本的变形形式变形形式工程实例受力简图拉伸或压缩剪

切扭

转弯

曲轴力：沿杆的轴线作用的内力。规定——拉压变形时轴力拉为正，压力为负。沿杆轴线各横截面上的轴力各不相同，可用轴力图画出其分布。内力和截面法外力：物体对构件的作用，如约束反力、主动力;内力：构件一部分与相邻部分之间的相互作用力;截面法：假想将杆件切开，使内力转化为外力，运用静力平衡条件求出截面上内力的方法。例1步骤：截、取、代、平例3.1例3-1 求直杆的内力例3-2承受轴向拉压载荷的构件：ABC

3mG+Q1.5mPPN3.2直杆的拉伸和压缩吊构、机架、联结螺栓、支腿、千斤顶的螺杆3.2直杆的拉伸和压缩一、直杆轴向拉压时横截面上的应力FFmmFmmN应力单位面积上内力的大小，衡量杆件受力的强弱程度。外力：大小相等，方向相反，作用在直杆两端，作用线与轴线重合。内力：轴力；平面截面假设；正应力：

＝N/A表示横截面上各点所受的内力的数值，方向与横截面垂直。规定：拉应力为正，压应力为负单位：帕，N/m2；直杆拉压变形的特点教材P41：例3-2，计算搅拌釜轴的应力3.3直杆拉压时斜截面上的应力研究直杆在任意斜截面上的应力分布FFnk

k

=f

sin=cos.sin=/2.sin2nFf

斜截面上的应力：f

=N/A,A=A/cosf

=N/A=N

cos/A=cos

=f

cos=cos.cos=/2.(1+cos2)直杆受轴向拉压时，在斜截面上同时出现正应力

和剪应力

，为的函数。在=0º的截面上，

=max=，即横截面上的正应力最大，此时剪力=0。在=45º的截面上，

=max=/2，该截面上的剪应力最大，此时

=

=/2。在=90º的截面上，

=max=0，即纵向截面上无应力。

=(1+cos2)●/2

=sin2●/2危险应力σ0

构件开始破坏时的极限应力。强度条件

σ

max<σ0

许用应力[σ]=σ0/n取许用应力[σ]的理由：1、补偿构件实际工作情况与设计计算时所设想的条件不一致。2、必要的强度储备。三.强度条件3.4直杆轴向拉压时的强度条件考虑实际情况及必要强度储备后，强度条件为：

σmax<[σ]1)强度校核：σmax<[σ]2)截面设计：A>N/[σ]3)确定许可工作载荷：N<[σ].A根据强度条件可完成三件工作：解：N=P

=N/A=P/(d2/4)=199MPa

[

]

强度不够，不安全例3-3管道吊杆直径d=8mm，材料为Q235，[

]=125MPa，管道重量P=10000N，校核杆件强度。PPN圆整后取吊杆直径d=12mm。例3-4已知G=5KN，BC杆d=20mm，材料

Q235，[]=120MPa，求[Q]解：以B铰为研究对象，受力如图。列出平衡方程：

Fy=0,NBC•sin

(G+Q)=0

则NBC=(G+Q)/sin,

由强度条件

=

NBC

/(d2/4)

[]，解得：

[Q]11.85KNG+QyNBCBxNBAABC

3mG+Q1.5mABC

3mG+Q1.5m3.5直杆拉压的变形和虎克定律金属材料约0.3，表3-1绝对变形ΔlΔa相对变形泊松系数

虎克定律

物理中

将上式两边除以截面积A，则：E称为材料的拉压弹性模量，表示材料抵抗弹性变形的能力。表3-1例题3-5N1Q1122FN211FFQ22解：N1=F=10KN

1=N1/A1=...=127.3MPal1=Fl1/EA=0.637mmN2=F+Q=12KN

2=N2/A1=...=38.1MPal2=Fl2/EA=0.0955mml=l1+l2=0.73mm3.6材料的力学性能

材料的强度及测定一)低碳钢的拉伸试验及其机械性质金属拉伸试验试样国家标准规定：l=10d和l=5d

材料在外力作用下表现出来的各种性能称为力学性能(机械性能)。力学性能试验室

强度试验机拉伸时载荷与伸长量曲线拉伸时应力与应变曲线弹性阶段ob：基本符合虎克定律，比例极限

p屈服阶段ac：屈服现象，屈服极限

s强化阶段ce：强度极限

b颈缩断裂阶段ek：局部变形阶段延伸率：，塑性指标，塑性材料和脆性材料截面收缩率：

=（A-A1）/A100%σ-ε图四阶段二)其它材料拉伸应力应变曲线塑性材料拉伸应力应变曲线名义屈服极限σ0.2其它塑性材料拉伸应力-应变曲线脆性材料拉伸应力应变曲线三)压缩时的应力应变曲线塑性材料压缩时的应力-应变曲线脆性材料压缩时的应力-应变曲线四)材料的冲击韧性及测定指材料抵抗冲击载荷的能力冲击试验机硬度试验机五)材料硬度及测定表示其它物体对它表面局部压入的能力A.布氏硬度瑞典工程师T.A.Brinell于1900年提出普通碳钢铸铁B.洛氏硬度由美国人Rockwell于1919年提出。用金刚石圆锥体或硬度钢球做压头，根据试样的压痕深度来表示硬度高低。常见有：

HRAHRBHRC对于A、C级：对于B级：六)温度对材料机械性能的影响E/MPa

/MPa

t(×102h)F(KN)=28MPa蠕变应力松弛无延性转变温度高温持久试验机七)交变载荷作用下的强度问题循环特征r交变载荷＼交变应力对称循环r＝－１非对称循环-1＜r＜1脉动循环r=0强度决定于：

1交变应力的最大值

2循环次数

3交变应力的特征八、应力集中的概念应力集中：因构件外形、承载等突然改变，导致构件局部应力急剧增大的现象。应力集中系数：kFFF作业：3-2，3-9，3-11

本章主要内容：

截面法求内力

拉压变形的外力、内力、应力

拉压变形的强度条件

虎克定律及拉伸和压缩的变形

材料的机械性能：强度、塑性、硬度、冲击韧性习题3-2N1-1=F=4KNN2-2=F-F=0KNN3-3=F-F+Q=2KN习题3-2各段应力各段变形总变形：习题3-6NBNANANB=2NANA=75KN[]=240/1.5=160MPa立柱直径：螺杆B的强度：习题3-74平面弯曲 4.4平面弯曲梁的变形 4.3平面弯曲梁的应力 4.2直梁弯曲的内力 4.1平面弯曲的概念及实例 4.1平面弯曲的概念及实例F1F2R1R2xyO1O1梁：以弯曲变形（横向力）为主的杆件纵向对称面：对称轴与轴线组成的平面平面弯曲：梁轴线弯曲成此平面内的一条曲线平面弯曲的定义：梁的轴线弯成对称平面内的一条平面曲线。集中载荷P分布载荷q集中力偶m纵向对称面轴线PmPPmq平面弯曲的特点

有纵向对称面;

横向力作用：作用在纵向对称面内与杆件轴线相垂直的外力;

轴线在此平面内由直线变成曲线.载荷的简化：集中载荷、分布载荷、集中力偶外伸梁简支梁悬臂梁

根据梁固定情况可分为：4.2直梁平面弯曲时的内力求出反力：

NA=NB=P/2采用截面法求内力：以左段为研究对象：

Q＝NA＝P/2M=NA.x=P.x/2

以右段为研究对象：

Q’＝P-NB=P/2M’=NB(L-x)-P(L/2-x)=P.x/2一)横截面的内力——剪力和弯矩剪力和弯矩的符号规定取左段作研究对象：若外力向上，横截面上产生的Q和M为正。横截面上设Q为向下（正），M为逆时针（正）QM横截面上产生的剪力Q的数值为该段上所有外力的代数和。横截面上产生的弯矩M的数值为该段上所有外力对截面形心之矩的代数和。二)剪力方程和弯矩方程--剪力图和弯矩图剪力和弯矩沿着梁轴线分布的数学表达式Q(x)、M(x)为剪力方程和弯矩方程。以x为横坐标、Q和M为纵坐标作图即得剪力图和弯矩图。

画简支梁的剪力图和弯矩图(Q－M图)P/2-P/2例4-2求简支梁的剪力和弯矩图1、求反力：AC段(0<x<a)2、求剪力和弯矩方程以左段作研究对象BC段(a<x<(a+b))3.画简支梁的剪力图和弯矩图(Q－M图)Pb/(a+b)-Pa/(a+b)Pab/(a+b)例4-3求悬臂梁的剪力图和弯矩图剪力方程：

Q(x)=-qx(0<x<L)弯矩方程：

M(x)=-qx2/2(0<x<L)悬臂梁的剪力弯矩图（Q－M图)例4-3悬臂梁受集中力作用时的剪力弯矩图例4-4：一受均匀载荷作用的简支梁(P66)。430ABq=6

103KN/m430800CDRARB430ABq=6

103KN/m430800CDQMRARB4.2.3载荷集度、剪力和弯矩间的关系叠加法作Q－M图例4-4P66：截面法求Ｑ图、Ｍ图三)剪力、弯矩和载荷集度间的微分关系剪力图上任一点的斜率即为梁上相应点处的载荷集度q弯矩图上任一点的斜率即为梁上相应横截面上的剪力QQ、M图的四点规律1.梁上某段无分布力，Q为水平线，M为斜直线2.有向下的分布力，Q图递减(↘)，M为上凸(⌒)有向上的分布力，Q图递增(↗)，M为下凹(

)如分布力均匀，Q为斜直线，M为二次抛物线3.在集中力作用处，Q图有突变,突变值为集中力

的值，M图有折角。

在集中力偶处，弯矩图有突变，突变值为集中

力的值。4.某截面Q＝0，则弯矩为极值。例4-5：判断Q、M图是否有错?xM60kNmP=70kNq=20kN/m1m2mRA=60kNRB=50KNACBQx60kN50kN例：判断Q、M图是否有错？Qx60kN50kNxM60kNm10kNP=70kNq=20kN/m1m2mRB=50KNACBRA=60kNa)q=15kN/mM0=10kNmACB4m0.5m1mRA=36.4KNRB=23.6KNb)36.4KN23.6KN144.2KN23.6kNmQMq=15kN/mM0=10kNmACB4m0.5m1mRA=36.4KNRB=23.6KN36.4KN23.6KNQ23.6kNmM例4-6：一外伸梁如图，画其剪力和弯矩图。RBEP1=2kNq=1kN/m400400CDM0=10kN-mP2=2kN400300按静力平衡方程求得支反力为：RARARBEP1=2kNq=1kN/m400400CDM0=10kN-mP2=2kN400300按静力平衡方程求得支反力为：EP1=2kNq=1kN/m4m4mCDM0=10kN-mP2=2kN4m3mRARB2kN7kN3kN1kN-3kN(7-4q=3kN)FF5mQ4.2.3载荷集度、剪力和弯矩间的关系RBEP1=2kNq=1kN/m4m4mCDM0=10kN-mP2=2kN4m3m6kN-mMD’=16-M0=6kN-mMD=RA

8-q

8

8/2-P1

4=16kN-mMmax=?Where?RAF5mMmax=RA

5-P1

1-q

5

5/2=20.5kN-mM4.2.3载荷集度、剪力和弯矩间的关系平面纯弯曲4.3平面弯曲的正应力2)

纵向直线变弧线，ab缩短，a’b’伸长，o1o2长短不变，该层纤维称中z性层。平面纯弯曲的实验现象1)弯曲后mn不平行m’n’，但仍与纵向轴线垂直；mm1n1nacdbO2O1

刚性平面假设（平面截面假设）：1梁的所有横截面在变形过程中要发生转动，但仍保持平面，且变形后仍与梁轴线垂直。2梁所有与轴线平行的纵向纤维都是轴向拉伸或压缩，没有相互挤压。3纵向纤维的变形量与离开中性轴的距离有关，且沿宽度相等。中性层中性轴一)纯弯曲时梁横截面上的正应力2)

物理方程：1)变形几何方程:3)静力关系:正应力的计算1)变形几何方程:2)物理方程:(((((梁截面上的应力分布3）静力平衡计算弯曲正应力静力平衡方程：定义：则有：轴惯性矩称为整个横截面对中性轴的惯性矩yoxyzdAσdAM从而可推得：横截面上最大的正应力定义：截面的抗弯截面模量轴惯性矩IZ：关于截面几何尺寸的量，

EIZ

：梁的抗弯刚度。代入物理方程4.4常用截面的惯性矩和抗弯截面模量矩形截面惯性矩抗弯截面模量圆形截面惯性矩抗弯截面模量3圆环截面4.5弯曲正应力强度条件若横截面对中性轴不对称，或材料的抗拉、压能力不等时，须分别计算最大拉应力和最大压应力，强度条件为：例3：某梁由工字钢制成，材料为Q345，[σ]=160MPa,P=20KN,q=10KN/m,M=40KN.m,确定工字钢的型号1画受力图2求支座反力x1x2YcYB在AC段：(0<x1<1)

左段作研究对象3列剪力和弯矩方程：分AC和CB段

在CB段：(0<x2<4)，

右段为研究对象x1x2在x=2.5m,|M|max=31.25KN.m4、画

Q/M图5

求最大WZ查表P293，应选用20a工字钢，WZ＝237×103mm3例4-7：P73自学二.(20％)由铸铁制成的槽形截面梁，Jz=40×106mm4，y1=140mm，y2=60mm，

[σ]拉＝40Mpa，[σ]压＝150Mpa，试校核梁的强度。4.6提高梁抗弯强度的主要途径1选择合理截面，增加抗弯模量

(提高截面的抗弯模量W=bh2/6)

以比值WZ/A来衡量截面的合理程度，该值越大，截面越经济合理。矩形截面：圆形截面：工字形截面：材料性能抗拉和抗压不同时，应采用不对称的中性轴，如铸铁：2)合理布置支座和载荷作用位置（减少梁中最大弯矩Mmax)x4.7弯曲变形一)挠度和转角挠曲线：y=f(x)挠度：y(x)转角：

~tg=y’二)刚度条件三)挠曲线微分方程及其积分

挠曲线可用y=f(x)表示，则转角

挠曲线曲率：

数学定义曲率：EIy=M(x)dx.dx+Cx+D

综合两式，得挠曲线近似微分方程：

积分一次得转角方程：EI=M(x)dx+C

再积分得挠度方程：四)积分法求梁的变形1.列出弯矩方程2.建立挠曲线微分方程

积分一次当x=0时，y=0，因此C=0当x=0时，y’=0，因此D=0

第二次积分:

确定积分常数：3.确定转角和挠度方程发生在x=L处

转角方程：

挠度方程：4.确定最大转角和最大挠度五)叠加法求梁的变形+=CCCymax=ypc+yqc例：习题3-12（b）ABCFD3aa六）梁的刚度条件七)提高梁抗弯刚度的主要途径1减少垮度，或增加支座；2选用合理截面形状。本章作业：４-１（c,f,b）,4-2a\b,4-7，4-8、4-15（2）惯矩Iz和抗弯截面模量Wz矩形圆形（3）弯曲正应力强度条件第四章的重点与要点（1）掌握Q、M方程的写法，Q、M图的画法,注意内力符号TITANIC的悲剧弯应力最大截面习题4-1(C)剪力和弯矩方程AC段(0<x<L/2)CB段(L/2<x<L)5KN.m4-1(f)1.求支反力NA=12.5KNNC=-12.5KN2.列方程在AC段：(0<x<2a)在BC段：(2a<x<3a)习题4-7最大应力：A点应力：

拉应力B点应力：压应力４-８解：初选工字钢初选工字钢２８a，查得：叠加法可知：故可选工字钢２８a。4-15解：悬臂梁的主动载荷为自重q和集中Ｆ查得：自重叠加法可知：挠度为：查得：所以，该梁的强度和刚度足够。5剪切和扭转5.1剪切构件的受力和变形特点5.2剪切和挤压的近似计算5.3扭转变形的特点5.4薄壁圆筒扭转时的剪应力5.5实心圆轴扭转时的应力与变形5.6圆轴扭转时的强度和刚度条件

5.1剪切构件的受力和变形特点

受力特点：合力大小相等、方向相反、作用线距离很小。应用实例：键、销连接，剪钢板，焊缝变形特点：两相邻截面间发生错动。5.2剪切和挤压的强度计算一)剪切应力的计算及强度条件横截面上的内力：剪力Q假设剪力Q在截面上均匀分布，剪应力τ=Q/A强度条件：对塑性材料：[τ]=(0.6～0.8)[σ]对脆性材料：[τ]=(0.8～1.0)[σ]其中：[τ]=τb/nb假设挤压应力在截面上均匀分布，强度条件为：其中：二)挤压应力计算和强度条件例1已知M＝720N.m，D＝50mm，选择平键，并校核强度。4)校核挤压强度：1)查机械设计手册，选出平键的宽度b=16mm,高度h=10mm,长度L=45mm，[τ]=110MPa,[σjy]=250MPa2)求外力3)剪切强度校核：5)校核结果：由于键所受的剪应力和挤压应力均小于许用值，故所选用的平键合适。讨论：为什么梁平面弯曲时可以忽略剪力的影响？通常L/h>5，因此可忽略不计正应力：剪应力：应力比：5.3扭转变形的特点受力特点：垂直于杆轴线的两平面内作用有一对力偶。变形特点：杆的截面发生转动。扭力矩和电机功率间的关系：式中：m－KN.mP－Kwn－rpm扭转时的内力——扭矩TmmmTn扭矩的正负号规定：右手螺旋法则扭矩图：例5-3如图5-9所示，已知轴的转速为n=300rpm主动齿轮A输入功率PA=50kW从动齿轮B和C的输出功率分别为PB=30kWPC=20kW，求轴上截面1-1，2-2处的内力。5.4薄壁圆筒的扭转剪应变(γ)：由于错动而产生的转动角。相对扭转角(φ)：两截面发生相对转动的角度。变形特点：

薄壁圆筒扭转变形时横截面内只有剪应力的作用。1.周向线各自绕圆筒轴线转过一定角度，转过角度不同，圆筒大小形状不变。2.纵向线成螺旋状，微体变成平行四边形。一)剪应力互等定律剪应力互等定律：在单元体相互垂直的两个面上，垂直于公共邻边剪应力数值相等，而他们的方向或指向邻边或背离邻边。从而有：力偶平衡条件：二)剪切试验：剪切虎克定律剪切虎克定律：三)薄壁筒扭转时的应力和变形

剪应变从而有半径为ρ处的剪应变为：剪应力5.5实心圆轴扭转时的应力与变形刚性平面假设：变形前为圆形截面，变形后仍保持为同样大小的圆形平面且半径仍为直线。半径为ρ处的剪应变为：一)变形几何方程半径为ρ处的剪应变为：二)物理方程三)静力平衡关系定义截面的极惯矩Iρ：称为抗扭截面模量因此可得到代入：最大剪应力：剪应力：称为抗扭刚度a.实心圆轴四)极惯矩和抗扭截面模量的计算b.空心圆轴：5.6圆轴扭转时的强度和刚度条件对于圆轴：

强度条件：刚度条件:例５－４：Ｐ９７例２已知n=300rpm，NA=400Kw，NB=120Kw，NC=120Kw，ND=160Kw刚性实心圆轴，[τ]=30MPa，[

]=0.3º/m，G=80MPa，试设计轴径D1求扭矩：

2求内力：3根据强度条件：4根据刚度条件：d=0.117m

取两者中的大值，说明设计中刚度是主要的因素。作业：

5-2、

5-5、5-8、5-12复习：例题/思考题习题5-2:求圆孔最小直径

和钢板的最大厚度

挤压面剪切面根据挤压条件：

jy[jy]根据剪切条件：

b由此可得：d34mm由此可得：

10.4mm该冲床在最大载荷作用下所能冲剪的圆孔最小直径为34mm，所能冲剪钢板的最大厚度为10.4mm习题5-5已知：b=80,l=20,=12,F=10KNABBBFFl

A剪切面挤压面B剪切面bFBA挤压面B剪切面A剪切面5-3(b)解:1.8dh

1.25d习题5-12：校核轴的强度和刚度剪应力：扭转变形：经校核：该轴所有截面的剪应力均小于许用剪应力，以及所有截面的扭转变形均小于许用值，因此该轴的强度和刚度均满足使用要求。过程设备机械设计基础5.剪切与扭转剪切构件的受力和变形特点当杆件在两相邻的横截面处有一对垂直于杆轴，但方向相反的横向力作用时，其发生的变形为该两截面沿横向力方向发生相对的错动，此变形称为剪切变形。剪切变形特点：两相邻截面间发生错动剪切力特点：合力大小相等、方向相反、作用线距离很小。217剪切计算及强度条件218

对塑性材料：[τ]=(0.6～0.8)[σ]对脆性材料：[τ]=(0.8～1.0)[σ]

挤压计算和强度条件219

220剪切面挤压面P

例题解答1)查机械零件手册，选出平键的宽度b=16mm,高度h=10mm,长度L=45mm，[τ]=110MPa，[σjy]=250MPa2212)求外力3)剪切强度校核：4)校核挤压强度：校核结果：由于键所受的剪应力和挤压应力均小于许用值，故所选用的平键合适。例题冲床的最大冲力F=400kN，冲头材料的许用应力[

jy]=440MPa，被剪切钢板的剪切强度极限b=360MPa,

求圆孔最小直径和钢板的最大厚度。222挤压面剪切面

根据挤压条件：

jy[jy]根据剪切条件：

b由此可得：d34mm由此可得：

10.4mm该冲床在最大载荷作用下所能冲剪的圆孔最小直径为34mm，所能冲剪钢板的最大厚度为10.4mm解答223例题：求截面上正应力与剪应力之比224解答225剪应力：应力比：

正应力：扭转变形的特点226受力特点：在垂直于杆的轴线作用有一对力偶。受力变形：杆的截面发生转动。扭矩的正负号规定227用右手螺旋法则将扭矩表示为矢量。如扭矩矢量方向离开截面，扭矩为正；如扭矩矢量的方向指向截面，则扭矩为负。扭力矩和电机功率间的关系228

功率单位为千瓦时：即：

FF2r汽车的驱动力8代civic1.8的引擎在4300转/分时的输出功率约为78KW，相应的扭矩为229若轮胎半径为0.3m，则驱动力为扭矩图230如图5-9所示，已知轴的转速为n=300rpm，主动齿轮A输入功率PA=50kW，从动齿轮B和C的输出功率分别为PB=30kW，PC=20kW，求轴上截面1-1，2-2处的内力。

薄壁圆筒扭转231变形特点1.周向线各自绕圆筒轴线转过一定角度，转过角度不同，圆筒大小形状不变。2.纵向线成螺旋状，微体变成平行四边形3.剪应变(γ)：由于错动而产生的纵向线转动角。4.扭角(φ)：两截面发生相对转动的角度。232薄壁筒扭转时的应力和变形233因为所以剪应变为剪应力互等定律234从而有：由力偶平衡条件得：剪应力互等定律：在单元体相互垂直的两个面上，垂直于公共邻边剪应力数值相等，而他们的方向或指向邻边或背离邻边。剪切试验235剪切虎克定律：弹性模量、剪切模量、泊松比之间的关系：实心圆轴扭转时的应力与变形236刚性平面假设：变形前为圆形截面，变形后仍保持为同样大小的圆形平面且半径仍为直线。圆轴扭转剪应力2371.变形几何方程2.物理方程圆轴扭转剪应力2383.静力平衡关系由扭矩公式得：定义：

则：圆轴扭转剪应力239单位扭转角积分后得扭转角

剪应力为最大剪应力式中称为抗扭截面模量极惯矩和抗扭截面模量的计算240实心圆轴空心圆轴实心圆轴的抗弯矩分布241实心圆轴中心所承受的载荷远小于外圈承受的载荷。圆轴扭转时的强度和刚度条件242强度条件：其中塑性材料脆性材料圆轴尺寸设计公式圆轴刚度条件243或

圆轴扭转破坏模式的分析244扭转时的应力情况随截面方向不同而不同。抗剪切的能力比抗拉伸的能力小，就会在最大切应力的截面破坏，例如低碳钢。如果材料抗拉伸能力比抗剪切能力小，就会在最大拉应力的截面破坏，例如灰铸铁。塑性材料往往呈现抗剪切能力比抗拉伸能力弱，脆性材料往往呈现抗拉伸能力比抗剪切能力弱。例题245阶梯轴d1=40mm,d2=70mm,轮3的输入功率30kW，轮1的输出功率为13kW，轴转速为200rpm，轴材料的[]=60MPa，G=8104MPa，许用扭转角[0]=2o/m，试校核轴的强度和刚度。246

247剪应力：扭转变形：经校核：该轴所有截面的剪应力均小于许用剪应力，以及所有截面的扭转变形均小于许用值，因此该轴的强度和刚度均满足使用要求。

作业：

5-6,5-9248249纯剪切下的应变能应力条件转换为正应力后应变能为（1）（2）由公式(1)(2)得剪切失效250旋转阀阀体在使用过程中承受扭转应力，断面与轴向呈45°角钢筋混凝土板的截面形式2516.1压杆失稳的概念

6.2临界压力的确定

6.3欧拉公式的适用范围

6.4压杆稳定性条件

6.5提高压杆稳定性措施6压杆的失稳性压杆失稳的概念FTF=Fcr临界载荷6.１压杆失稳的概念压杆的临界载荷Ｆcr：压杆保持直线稳定平衡时所能承受的最大轴向压力。当轴向压力达到Ｆcr时，压杆随时有失稳的可能，一旦失稳变弯，将不可能恢复。稳定性：构件保持原有形状的能力。失稳：构件失去原有形状的平衡。失稳现象的发生决定于构件及其作用载荷。6.2临界压力的确定1与压杆长度有关

Fcr1/l22与弹性模量有关

FcrE

3与横截面几何形状有关

FcrI(最小轴惯性矩)4与支承有关

Fcr

１／μ２

(长度系数μ)欧拉公式1与压杆长度有关

Fcr1/l22与弹性模量有关

FcrE

3与横截面有关

FcrI4与支承情况有关

Fcr1/μ

2例1已知：压杆为Q235钢，=1,求Fcr301000FF4yx解:由稳定性条件得由强度条件:因此,Fcr=315.5N6.３欧拉公式的适用范围定义：截面惯性半径

压杆柔度

简化后的欧拉公式：临界应力代入:欧拉公式是在假定材料服从虎克定律：因此欧拉公式的适用范围为：细长杆(大柔度杆)：

p,是弹性范围内的失稳引起破坏,由欧拉公式计算不同材料有不同的

p

：Ｑ２３５，

p≈１００当压杆λ<λs,其应力达到材料的屈服极限时，压杆也不失稳，破坏决定于强度，此时：对应的柔度为λs不存在稳定性问题，而是强度问题。将λ<λs的压杆称为小柔度杆（粗短杆）中长杆：(中柔度杆)sp的压杆,主要由超过弹性范围的失稳引起破坏直线公式：计算中长杆的临界应力（a,b：是与材料性质有关的常数，见表6-2）由

cr=s,可导出柔度适用的下限s：对于Q235钢，

p=100，

s=61.46.4压杆稳定性条件ncr的取值：钢

ncr=1.8∼3.0

铸铁ncr=5∼5.5

木材ncr=2.8∼3.2稳定条件：用应力表示：Φ：折减系数用安全系数表示：例２：材料为Q235，[

]=160MPa，A、B、C为铰链，杆件的直径为80mm，确定杆系的许可载荷。解：惯性半径：两端铰支：＝1故各杆的柔度：FNABNCB由静力平衡条件求得：NAB=-Fsin30°,NBC=-Fcos30°AB及BC杆的临界载荷为：取安全系数ncr=3,则杆系的许可载荷：故杆件的许可载荷为221KN代入欧拉公式：AB及BC杆的许可载荷为：杆系的许可载荷：故杆件的许可载荷为377.78KN查表6-36.5提高压杆稳定性的措施1选用E大的材料2

选择合理的截面形状3改变压杆的约束条件例６-２本章作业：

6-4，6-6习题6-4:

1校核螺杆的稳定性;

2稳定性不够时的解决办法一端固定，一端自由，＝2解：经校核，该千斤顶螺杆的稳定性不够。1两端固定；2减少长度；3用高强钢；4增加直径。稳定性不足解决办法：7过程设备常用材料7.1过程设备用材的基本要求7.2过程设备常用材料7.3钢的热处理7.4金属材料的腐蚀与防腐7.5过程设备金属材料的选择概述过程设备是过程工业的物质基础和保障：材料是任何设备功能完成的物质载体—设备材料的重要性1915年，合成尿素新工艺进入中试阶段，但无法克服熔融尿素对钢材的腐蚀。1953年，才实现了尿素的规模化生产，前提是荷兰科学家提高了铬镍不锈钢对熔融尿素的腐蚀。过程工业的复杂性，材料选用具有的特点：复杂性、多样性、高要求

神州六号返回舱的隔热材料保证了从2000ºC到40ºC：飞船返回舱的降温主要通过三种方法：一是吸热式防热，在返回舱的某些部位，采用导热性能好、熔点高和热容量大的金属吸热材料来吸收大量的气动热量；二是辐射式防热，用具有辐射性能的钛合金及陶瓷等复合材料，将热量辐射散发出去；三是烧蚀防热，利用高分子材料在高温加热时表面部分材料融化、蒸发、升华或分解汽化带走大量热量的方法散热。过程设备材料的分类金属材料非金属材料黑色金属及其合金有色金属及其合金无机非金属材料有机非金属材料材料中应用最多的是什么类型？为什么？选材原则：安全、适用、经济1.材质性能适用可靠，保证一定使用寿命；选材的基本要求：2.材料品种应符合国家资源和供应情况；3.经济上合算。

7.1过程设备用材的基本要求过程设备用材的性能要求

力学性能1.强度

*

材料在高温和低温下的强度是确定材料许用应力的依据，

S，b是材料抵抗塑性变形和破坏的能力屈强比高的钢材，塑性储备降低，缺口敏感性增加。碳钢力学性能随温度的变化2.塑性：材料在外力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力，即材料断裂前塑性变形的能力，反应材料可塑性的指标。

=10~20%3.韧性：指材料在塑性变形直至断裂的全过程中吸收的能量，是材料强度和塑性的综合表现能力。一般用冲击韧性来评定。AK（J/cm2）4.硬度：指材料抵抗外物压入的能力，有HB，HR。#

刚度：保证材料不产生过量弹性变形。弹性模量E、G；μ

化学性能耐腐蚀性：抵抗腐蚀性介质侵蚀的能力。腐蚀：由于环境作用引起的破坏或变质。分化学腐蚀和电化学腐蚀。

抗氧化性：抵抗介质中的自由氧、硫及其它杂质对钢的氧化腐蚀作用。

加工工艺性1.可焊性：少的焊接缺陷2.可锻性：不发生热脆3.可塑性：优良的塑性加工性能4.机械加工性能：保证良好的切削性5.可铸性好：铸造中收缩和偏析小

材料的物理性能导热系数：设备要求传热线膨胀系数：防止热应力密度：决定设备的重量熔点和导电性：一)碳钢碳钢：碳含量在0.02～2％之间的铁碳合金;铸铁：碳含量大于2％的铁合金。1、碳及常存杂质对钢材性能的影响磷(P)硫(S)锰(Mn)硅(Si)碳(C)★钢材获得广泛应用,为什么？7.2过程设备常用材料碳含量对材料机械性能影响2碳钢分类按含碳量分：低碳钢中碳钢高碳钢按质量等级分：普通碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢按用途分：碳素结构钢碳素工具钢普通碳素结构钢：GB700-88Q235－A·F－GB700-88国标号产品质量等级，共分A、B、C、D四级材料屈服限的保证值，(厚度小于16mm)F：沸腾钢，Z：镇静钢，b:半镇静钢

除保证机械性能和化学成分外，还对磷、硫及非金属夹杂物控制较严:C%、P%<0.04%。它的牌号以含碳量的万分之数而定。优质低碳钢：<0.25%，强度低，塑性好，冷冲压和焊接性能好，在石油化工设备中广泛应用。优质中碳钢：0.25~0.60%：强度硬度高，塑性韧性差；多用于传动设备及高压设备头盖零件。优质高碳钢：>0.6%；强度硬度均较高，塑性差，常用于制造弹簧，刀具及耐磨零件。分类优质碳素结构钢：

锅炉和压力容器用钢有特殊性，经常采用专门用途的锅炉用钢和容器用钢。在钢号后分别以“

g”和“

R”来表示。如20g，20R，16MnR

屈服限

强度限铸钢：ZG200－400二)合金钢压力容器用低合金钢：合金元素总含量小于5%主要牌号：16MnR，15MnVR，18MnMoNbR35CrMoA1、合金结构钢数字元素名称数字合金元素含量合金元素符号平均含碳量的万分数A如9SiCr（冷冲模具用钢）数字元素名称数字合金元素含量合金元素符号平均含碳量的千分数当含碳量大于1％则不表示W18Cr4V(高速钢，如齿轮铣刀用钢)2、合金工具钢不锈钢

铬不锈钢：1Cr13、0Cr13、9Cr18；铬镍不锈钢(18-8)：0Cr18Ni9、00Cr18Ni9；节镍不锈钢：1Cr18Mn8Ni5N、0Cr17Mn13Mo2N分类00：C%0.03%；0：C%0.08%；1：0.08%C%0.12%3、特殊钢

耐大气腐蚀钢和耐化学介质腐蚀钢的总称。Cr对材料电极电位的影响铬镍不锈钢：典型钢号(18-8)

0Cr18Ni9、00Cr18Ni9；

铬不锈钢：1Cr13、0Cr13、9Cr18；调质处理后有较强的强度和韧性；弱腐蚀介质，温度低于30

Ｃ，有良好的耐蚀性；在硫酸、盐酸、熔融碱液中耐蚀性差；一般固溶处理；较高的强度，极好的塑性和韧性，焊接性能好；比铬不锈钢更好的耐蚀性；还原性介质、cl¯不耐蚀；容易发生晶间腐蚀。晶间腐蚀★

发生晶间腐蚀的原因是什么？★防止发生晶间腐蚀的方法：1固溶处理；2减少钢中含碳量；3加入强亲碳元素：Ti、Nb2）高温用钢抗氧化钢：1Cr13Si3，1Cr23Ni13热强钢：15CrMo,12Cr2Mo1,1Cr5Mo,0Cr19Ni9,0Cr17Ni12Mo2等

分为：和抗氧化钢3）低温用钢以高铬镍钢为主热强钢低碳钢在538℃下的蠕变量与时间T的关系三）铸铁灰口铸铁：碳以自由态片状石墨存在，抗拉强度低，挤压强度高，用于制造耐压件。

HT100可锻铸铁：石墨成团絮状,具有一定强度和塑性，用于有振动和冲击的场合

KTH300－06

球墨铸铁：石墨成球状,强度、塑性、韧性好可替代铸钢

QT500－5

球化效果差，石墨形态为片状和蠕虫状球墨铸铁的金相组织（１）石墨形态：球状石墨、团状、团絮状、蠕虫状、片状石墨大小：1~7级球墨铸铁的金相组织（２）球墨铸铁的金相组织（3）球墨铸铁基体组织：铁素体+珠光体，珠光体含量≈65%球墨铸铁的金相组织（4）珠光体的片间距（粗细）球墨铸铁的金相组织（5）

球墨铸铁中的渗碳体形态四）有色金属及合金紫铜：T1，T2，T3黄铜：H80，H68，H62铝：L1,L2,………L6硬铝：AI-Cu-Mg的合金,LY1L-1L-2防锈铝：AI-Mg的合金，LF21铸铝：AI-Si的合金，ZL107作耐磨件：蒙乃尔合金作腐蚀件：Inconel合金和海氏合金铜及铜合金铝及铝合金镍及镍合金铅及铅合金：铅锑合金，PbSb4,五）非金属材料化工陶瓷：化学稳定性好玻璃：表面光洁、耐腐蚀（搪玻璃设备〕水泥：价廉天然耐酸材料：花岗石、石墨、石棉等耐酸酚醛塑料聚氯乙烯塑料聚乙烯聚四氟乙烯玻璃钢无机材料有机材料

将钢材通过适当的加热和冷却过程，使钢材的内部组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性能，称为钢的热处理。7.3钢的热处理晶格晶胞体心立方面心立方一、金属的结晶组织金属的结晶过程金属结晶过程晶核液态

－Fe铁的同素异构转变

－Fe910°C碳在铁中形成固溶体(F、A、M)钢的冷却曲线化合物：渗碳体Fe3C混合物：珠光体P室温平衡状态下铁碳合金组织中基本组成物的机械性能名称符号结合类型σb,MPaHBδAk,J铁素体F(或α)固溶体2308050160渗碳体Fe3C化合物30800~0~0珠光体P机械混合物75018020~2524~32铁碳合金状态图PAF+PP+Fe3C★

钢为什么可以进行热处理？

钢的热处理是将钢材通过适当的加热、保温和冷却过程，使钢材的内部组织按一定的规律变化，以获得预期的机械性能。★

什么是钢的热处理？★

什么是钢的同素异构现象？★

常用的热处理方法及应用有哪些？热处理车间普通热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理火焰加热感应加热渗碳氮化碳氮共渗及其它二、常用热处理方法方法：把钢材加热到一定温度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却的过程。目的：强度、硬度降低，塑性、韧性提高；消除组织缺陷、消除内应力。

应用：消除铸件、焊件、锻件、热轧件、冷拉件等的内应力，冷作硬化退火(annealing)高速钢的退火曲线方法：把钢件加热到GS或ES线以上30~50

C，经适当保温后，从炉中取出在空气中冷却。目的：细化P晶粒、减少钢件内应力、均匀组织。可作为最终热处理。应用：广。如锻造的法兰与换热器的管板的最终热处理。正火(normalising)方法：把钢材加热到一定温度，保温一段时间后，快速冷却的过程。目的：得到马氏体组织、提高表面硬度、提高强度和耐磨性。硬而脆。淬火(harding)40Cr钢的淬火曲线方法：将淬火后的钢件重新加热到PSK线以下的某一温度，经较长时间的保温后，在油中或空气中冷却。调质处理：淬火后高温回火的热处理。提高综合机械性能。用于重载零件。目的：降低或消除钢件的内应力，并可通过控制回火温度，获得不同的机械性能。回火(tempering)表面淬火方法：将钢件放在一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表面，改变表面化学成分以获得预期的组织和性能的一种热处理过程。化学热处理根据渗入元素的不同，可分为渗碳、渗氮等。材料及热处理的应用分析电厂中的汽轮机

汽轮机是一台在高温（540

600℃）、高压（16

25MPa）蒸汽作用下高速旋转（3000r/min）、长期连续运行的机器。由于工作条件苛刻，因此对其零部件所采用的材料要求很高。

一些主要部件要求高强度、耐高温、耐腐蚀，不同的部件还有一些不同的特殊性能要求。焊接结构的低压外缸高中压内缸（铸钢件）电厂检修中的汽轮机高中压转子低压转子汽轮机叶片摩擦压力机模锻叶片叶片自由锻出坯自由锻出坯的毛坯叶片★

叶片的材料有哪些要求？

在工作条件下必须承受较大的离心力和弯应力：材料必须具有的基本的强度和韧性，还须具有耐蚀性、抗氧化性、足够的疲劳强度，良好的刚度、减振性能等等；

高压级的动叶片工作于高温蒸汽介质中，还应考虑蠕变强度、持久极限等高温性能；

低压级动叶片尤其是末级叶片，由于工作在湿蒸汽区，叶片更长，离心力更大，故需考虑材料具有更高的强度，抗水滴冲蚀和应力腐蚀等问题。汽轮机叶片材料主要为不锈钢：1Cr13、2Cr13、1Cr12Mo、2Cr12MoV、2Cr12NiMo1W1V、2Cr11NiMoNbVN、0Cr17Ni4Cu4Nb等★汽轮机叶片选什么材料？叶片材料的热加工:钢中0.1~1%的碳，具有较高的强度；2~17%的铬，具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性；钼、钒、铌、铝、铜等元素的添加，提高钢的回火抗力或产生沉淀硬化作用，使钢在高温下仍保持足够的强度。

调质状态下使用低压外缸装焊低压外缸装焊

低压缸由于体积较大，承受的温度、压力均比较低，因此一般采用低碳结构钢（碳素结构钢Q235-A）钢板焊接结构。★低压汽缸的材料有哪些要求？如何选材？

钢板下料——成形——拼装——焊接——除应力热处理——喷丸清理——探伤检验。★低压外缸怎样热加工？

参考书◆腐蚀工程M.G.方坦纳,N.D.格林著左景伊译◆腐蚀电化学原理曹楚南编著◆金属腐蚀学朱日彰等编写◆金属腐蚀理论及应用魏宝明主编

7.4金属材料的腐蚀与防腐国内主要专业杂志中国腐蚀与防护学报腐蚀与防护腐蚀科学与防护技术四川化工与腐蚀控制全面腐蚀控制表面技术材料保护

国外主要专业杂志◆Corrosion◆MaterialPerformanceNationalAssociationofCorrosionEngineersNACE（美国腐蚀工程师协会）◆CorrosionScience◆BritishCorrosionJournal★什么是腐蚀和金属材料的腐蚀？定义：金属材料和周围环境发生化学或电化学的作用而变质和破坏。工程材料和周围环境发生相互作用而变质和破坏。三个基本要素腐蚀的对象腐蚀的性质腐蚀的后果举例◆1975年美国芝加哥一个大的炼油厂一根15cm的不锈钢弯管腐蚀破裂引起爆炸和火灾，停车6周，这次腐蚀事故总维修费50万美元，停车造成的税收损失高达500万美元。美国：1949年55亿美元

1960～1969年150～200亿美元

1975年700亿美元

1982年1269亿美元

1995年8000亿美元英国：1969年13.65亿英镑（27.3亿美元）腐蚀的危害3.造成巨大的经济损失5.造成金属资源和能源的浪费4.造成设备的破坏事故2.阻碍新技术的发展1.危及人身安全经济损失包括直接损失和间接损失◆直接损失：指采用防护技术的费用和发生腐蚀破坏以后的维修、更换费用和劳务费用。◆间接损失：指设备发生腐蚀破坏造成停工、停产；跑、冒、滴、漏造成物料流失；腐蚀使产品污染，质量下降，设备效率降低，能耗增加；在计算壁厚时需增加腐蚀裕度，造成钢材浪费等。◆耐蚀性指材料抵抗环境介质腐蚀的能力◆腐蚀性指环境介质腐蚀材料的强弱程度◆腐蚀过程的本质金属→金属化合物△G﹤0自发过程不可逆过程★研究和控制腐蚀具有重要意义腐蚀的分类

按环境分类：大气腐蚀土壤腐蚀海水腐蚀高温气体腐蚀化工介质腐蚀

按破坏形态分类：全面腐蚀局部腐蚀

按相互作用的性质：化学腐蚀电化学腐蚀★腐蚀的常见形式★腐蚀速度的表示方法失重腐蚀速度V-

单位：g∕m2.hV-与Vp之间的换算年腐蚀深度Vp

单位：mm/y

定义：金属在干燥的气体和非电解质溶液中发生化学反应所引起的腐蚀破坏叫化学腐蚀。腐蚀过程无电流产生，腐蚀产物存在于金属表面。例如：金属的高温氧化及脱碳，氢腐蚀★化学腐蚀★钢在高温中的氧化570C以下Fe3O4Fe2O3570C以上Fe2O3Fe3O4FeO金属及其合金与电解质接触时发生电化学作用而引起的腐蚀。Zn在稀硫酸中溶解示意图★电化学腐蚀宏观异种金属接触形成电偶电池金属处于不同浓度的介质中形成浓差电池金属处于温度不同的介质中形成温差电池微观化学性质不均匀微观组织不均匀物理状态不均匀表面膜不完整★腐蚀原电池的类型

金属在电解质溶液间产生电化学作用而引起的腐蚀破坏。腐蚀过程中有电流产生。1.同一金属上有不同电位的部分存在或是存在电位差的不同金属或合金；2.阴极和阳极互相连接，并处于互相连通的电解质溶液中。电化学腐蚀的条件：★电化学腐蚀3.温度和压力的影响4.应力对腐蚀的影响2.腐蚀介质酸碱性的影响1.合金元素的影响★影响腐蚀的因素★金属设备的防腐蚀措施3.添加缓蚀剂4.合理的结构设计2.电化学保护1.涂复保护层结构部位不合理结构改进后的结构原因高温气体入口管管口易局部过热储槽器壁与底部的联结容易积料不同厚度的换热器壳体与管板的联结焊缝易产生热应力和应力集中容器出口管容易积液容器进口管料液沿器壁流动

选材原则：

选材方法：1.满足使用要求：工作温度、压力、介质及周围环境对材料的要求2.经济性要求：材料费用与设备加工费用的总额为最小查手册和资料，现场访问，实验7.5过程设备材料的选择1、压力容器用材符合的标准GB150-1998《钢制压力容器》；GB6654-1996《压力容器用钢板》；GB4726-1994《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》2、压力容器用钢一般用镇静钢3、以强度为主的中压、高压容器一般低合金钢4、以刚度设计为主的压力容器，不宜采用强度过高的材料。思考题钢材为什么获得广泛应用？以铁的冷却曲线说明什么叫同素异构转变？碳钢在常温平衡状态下的基本组