第0章-刚体受力分析与其平衡规律

化工机械设备基础学时：48授课教师：石腊梅课程性质：专业必修课《化工机械设备基础》是一门综合性的、理论与实用并重的技术学科，是应用机械学科的理论与技术服务于化学工程的学科。理论内容——杆件、板壳力学的基础理论和金属材料的基本知识，中低压压力容器与几种典型化工设备的设计与计算；实用内容——较为完整的教学所需要的压力容器与化工设备设计资料。要求学生掌握杆件、平板、回转壳体的基础理论和金属材料的基础知识，熟悉涉及压力容器设计、制造、材料使用和监察管理的有关标准和法规。教学时数分配第一章，刚体的受力分析及其平衡规律，3学时第二章，金属的力学性能，3学时第三章，受拉构件的强度计算，3学时第四章，直梁的弯曲，3学时第五章，圆轴的扭转，3学时第六章，压力容器与化工设备常用材料，3学时第七章，压力容器的薄膜应力、弯曲应力与二次应力，3学时第八章，内压容器，3学时第九章，法兰连接，2学时第十章，人孔、手孔、视镜和液面计，2学时第十一章，容器支座，1学时第十二章，管壳式换热器，1学时第十三章，板式塔，2学时第十四章，反应釜，2学时《化工设备机械基础》编写组，化工设备机械基础（第二册），北京：石油化学工业出版社1978。

2.北京化工学校主编，化工机械基础，北京：人民教育出版社，1979。3.董大勤主编，化工设备机械基础，北京：化学工业出版社，1992。

4.刘鸿文主编，材料力学，北京：高等教育出版社，1992。

5.孙训方主编，材料力学，北京：高等教育出版社，1993。

6.范钦珊主编，工程力学教程，北京：高等教育出版社，1998。

7.机械工程手册电机工程手册编辑写委员会,《机械工程手册》,北京：机械工业出版社，1997

8.机械工程手册电机工程手册编辑写委员会,《机械工程师手册》（第二版）,北京：机械工业出版

社，2000

9.师昌绪主编，材料大词典，北京：化学工业出版社，1994

10.材料科学技术百科全书，北京：中国大百科全书出版社，199511.林肇琦编著，有色金属材料学，东北工学院出版社，1991

12.竺海量编著，金属材料基础，湖南科学技术出版社，198113.陈旭俊等编著，金属腐蚀与防护基本教程，机械工业出版社，1988

14.殷风仕、姜学波等编，非金属材料学，北京：机械工业出版社，1998

15.郑明新主编，工程材料（第2版），北京：清华大学出版社，1991

16.薛迪甘，焊接概论，北京：机械工业出版社，198717.陈文明等，金属工艺学，北京：机械工业出版社，199418.董大勤，化工设备机械基础，北京：化学工业出版社，199419.肖前，石油化工设备制造工艺，上海：上海科学技术出版社，1984

20.中国机械工程学会焊接学会编，焊接手册（1）焊接方法及设备，北京：机械工业出版社，199221.强健，工程焊接实用手册，北京：中国计划出版社，199622.吴树雄，电焊条选用指南，第二版，北京：化学工业出版社，199623.GB150-98钢制压力容器24.JB/T4709-92钢制焊接容器焊接规程25.HG20583-1998钢制化工容器结构设计规定26.GB/T5117-1995碳钢焊条

27.GB/T5118-1995低合金钢焊条

28.GB/T983-1995不锈钢焊条

29.GB5293-85碳素钢埋弧焊用焊剂

30.成大光主编，机械设计手册（第三版），第3卷，第13、14、16篇，北京：化学工业出版社,1993

31.手册编委会，机械工程手册，传动设计卷第二版，北京：化学工业出版社，1997

32.李秀珍等，机械设计基础（非机类），北京：机械工业出版社，1993

33.张增，专业装备机械基础，北京：北京工业大学出版社，1998

34.王中发，实用机械设计，北京：北京理工大学出版社，1998

35.王金等，机械设计基础，沈阳：东北工业学院出版社，1993

36.谈嘉祯，机械设计基础，北京：中国标准出版社，1994

37.`李天声等，机械设计基础，合肥：中国科学技术大学出版社，1996

38.手册编委会，减速器实用技术手册，北京：机械工业出版社，1992

39.手册编委会，机械工程师手册，第二版，北京：机械工业出版社，2000

40.中华人民共和国国家标准，GB150-1998钢制压力容器，北京：中国标准出版社，1998

41.国家技术监督局，压力容器安全技术监督规程，北京：中国劳动社会保障出版社，1999

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43.余国琮，化工机械手册，天津：天津大学出版社，1991

44.贺匡国主编，化工容器及设备简明设计手册，北京：劳动人事出版社，1987

45.张康达、洪起超主编，压力容器手册，北京：劳动人事出版社，1987

46.余国琮，化工容器及设备，北京：化学工业出版社，1980

47.董大勤，化工设备机械基础，北京：中央广播电视大学出版社，1993

48.顾芳珍、陈国桓主编，化工设备设计基础，天津：天津大学出版社，199449.刁玉伟等，化工设备机械基础，大连：大连理工学院出版社，1989

50.化工设备设计全书编委会，化工容器设计，上海：上海科学技术出版社，1984

51.聂清德等，化工设备设计，北京：化学工业出版社，1991

52.中华人民共和国行业标准JB4710-92《钢制塔式容器》第一篇工程力学基础第0章物体的受力分析及其平衡条件第1章引言第2章轴向拉伸与压缩教学内容：第一节力的概念和基本性质第二节约束和约束反力第三节分离体和受力图第四节力的投影合力投影定理第五节力矩力偶第六节力的平移第七节平面力系的简化合力矩定理第八节平面力系的平衡方程第0章物体的受力分析及其平衡条件

教学重点：约束反力及其特点平面力系的简化和平衡条件静力学问题求解教学难点：

物体的受力图第0章物体的受力分析及其平衡条件第一节力的概念和基本性质一、力的概念力是物体间相互的机械作用。力的三要素：力的大小、方向、作用点。第0章物体的受力分析及其平衡条件二、力的基本性质

1、作用与反作用定律:2、二力平衡定律:3、平行四边形法则:F1F2F等值，反向，共线三、平衡的概念若物体相对于地球静止或作匀速直线运动，则称物体处厂平衡状态．并将作用于该物体力系称为平衡力系。二力平衡的条件：等值，反向，共线四、加减平衡力系原理在刚体上加上或减去1个平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用效果。

第二节约束和约束反力主动力——能主动引起物体运动状态改变或使物体有运动状态改变趋势的力；自由体——能在空间不受限制任意运动的物体；非自由体——物体受到其些条件的限制，在某些方向不能运动约束——限制非自由体运动的装置或设施约束的种类：1、柔索约束——绳子、皮带、钢丝。只能阻止物体沿柔索伸长方向运动，而不能阻止其他任何方向的运动。——柔索约束反力为沿着其中心线而背离物体的拉力2、理想光滑面约束3、圆柱铰链约束铰支座第三节分离体和受力图管子的受力图水平杆的受力图第四节力的投影合力投影定理1、力的投影

(1)一力在互相平行且同向的轴上投影相等；（2）将力平行移动，此力在同一轴上的投影值不变。2、力在直角坐标轴上投影XYαFxy03、合力投影定理第五节力矩力偶力臂矩心力矩=±Fd+-力偶——外用在同一物体上等值、反向、不共线的一对平行力；力偶对刚体只产生转动效应，没有移动效应力偶矩m(F,F’)=±Fd力偶三要素——力偶矩的大小、力偶的转向和力偶的作用面等效力偶——作用在刚体上的两个力偶的大小和转向完全相同(1)只要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．而不改变对刚体的作用效果；(2)在保持力偶矩大小和转向不变的条件下，可以任意改变力偶中两力的大小和力偶臂的长短，而不改变对刚体的作用效果；(3)力偶可以移到与其作用面平行的平面内，而不会改变对刚体的作用效果。定理：第六节力的平移力线平移定理：作用在刚体上的力f可以平行移动到刚体上任一点同时必须附加一个力偶，其力偶矩等于原力F对新作用点的矩。第七节平面力系的简化合力矩定理平面力系：力系中所有力的作用线在同一个平面内一、平面力系的简化固定端约束——物体的一部分固嵌于另一物体所构成的约束限制移动的反力限制绕嵌入点转动的反力偶二、平面力系简化结果的讨论R’≠0,M0’≠0三、合力矩定理

平面力系的合力对作用面内任一点的矩，等于各分力对同点之矩的代数和。第八节平面力系的平衡方程物体在平面力系作用下处于平衡的必要且充分条件是：作用于该物体上力系的主矢量和主力矩对任—点的主矩都等于零。平面汇交力系——平面力系上所有力的作用线汇交于—点本章作业：活动梯子放在光滑的水平地面上，梯子由BC和AC两部分组成，每部分各重150N,彼此用铰链C及绳子EF连接，今有一人，重为G=600N，站在D处，尺寸如图所示，试求绳子的拉力及A、B两处的约束反力。AB=AC=2mCD=AE=BF=0.6m夹角为75本章