1、过程设备机械设计基础-学习辅导（4）华东理工大学郝俊文总复习内容纵览绪论绪论静力学静力学材料力学材料力学常用材料常用材料机械传动机械传动压力容器压力容器压力管道压力管道总结总结软件介绍软件介绍第一章 过程设备总论o 重中之重o 对过程设备的分类要比较明确o 习题举例：o 1. 除雾器的作用是除去气体中悬浮着的液体颗粒，按照过程设备的分类标准，它属于 。（单选题）oa）化学反应设备 b）分离设备 c） 物料输送设备 d）传热设备o 2 下面属于分离设备的有 。（多选题）oA 精馏塔 B 斗式提升机 C 锅炉 D 除雾器o 3.按照过程设备的分类标准，锅炉属于 。(单选)oa）化学反应设备 b）分
2、离设备 c） 物料输送设备 d）传热设备过程设备过程设备反应设备反应设备输送设备输送设备分离设备分离设备传热设备传热设备粉 碎 设 备粉 碎 设 备加 热 炉加 热 炉搅 拌 釜搅 拌 釜流 化 床流 化 床管式管式固 定 床固 定 床塔式塔式固体输送固体输送流体输送流体输送液 ： 泵液 ： 泵气：压缩气：压缩机机混 合 式混 合 式蓄 热 式蓄 热 式间 壁 式间 壁 式结 晶 器结 晶 器蒸 发 器蒸 发 器干燥设备干燥设备固固-固固液液-液液气气-气气固固-液液固固-气气液液-气气类似加热类似加热设 备 ：设 备 ：温度高，温度高，燃料燃烧燃料燃烧火焰传热火焰传热如锅炉，如锅炉，机械机械
3、气流粉碎气流粉碎化学粉碎化学粉碎破碎破碎磨碎磨碎超细磨碎超细磨碎除雾设备属气液分离设备，作用是除去气体中的液体颗粒除雾设备属气液分离设备，作用是除去气体中的液体颗粒第二章第六章重中之重重中之重o 掌握静力学的基本分析方法o 掌握约束的主要类型和力学特点o 针对不同外力作用下的构件，掌握n内力/外力/变形分析和计算方法n应力和应变的计算方法o 掌握强度计算公式，能够进行三方面工作n新构件设计，n强度校核和n最大承载能力的计算o 掌握材料基本力学性能及其测试方法o 掌握压杆失效的不同形式，并分析和计算第二章第六章习题举例习题举例o 选择题（单/多）1. 如图所示，问吊钩的A-A截面受 。 a) 扭
4、矩 b) 剪力 c) 弯矩+拉力 d) 扭矩+拉力2 两端铰支细长压杆，如在中间加一铰支承，则欧拉临界应力是原来的 倍。 a） 0.5 b） 1 c） 2 d） 43. 直杆在外力作用下，长度会伸长，截面积减小，那么其体积是否发生变化? a） 增加 b） 减小 c） 不变 d）不确定o 欧拉公式22Ecrilo 泊松比对受力构件的影响z021VV 泊松比通常在00.5之间，所以当杆件受到拉力作用时，体积总是增大的； 反之，受到压缩时体积总是缩小的。 泊松比=0.5时, V=0，即体积基本不变。 只在弹性范围内成立。4. 一纯弯曲的铸铁梁如图，采用T型梁，其最合理的放置方式是 。2 m2 mmm
5、 (a) (b) (c) (d)5. 对压杆进行稳定计算时，若满足条件：，则杆件为细长杆，可以用欧拉公式计算得到临界应力，如果采用直线公式计算，得到的临界应力将 压杆的实际的临界应力。（多选） a） 大于 b） 小于 c） 安全 d）危险o 铸铁属于脆性材料，抗拉强度低，抗压强度高，书图3-17b，o 梁在外力作用下，下边受拉，上边受压，o 所以下边必须有较多的材料，横在下边，竖在上边，充分发挥材料的作用；o 由于T形梁的中性轴不在竖的中部而是靠近横，所以将横放在下面，可以降低拉应力。Zy拉max压maxcrps小柔度杆 中柔度杆大柔度杆cr=scr=a-b 22EcrABCD6 a 指出图中
6、的二力构件 . A AC B BC C AB D CD 6 b 满足三力平衡汇交定律的构件为 。 A AC B BC C AB D CD o 二力杆件/二力构件 若一个刚体受到两个力作用处于平衡状态，不管该刚体是何形状，则这两个力的大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。这种受到二力作用而平衡的构件称为二力杆件。 二力杆件不一定是直杆。 o 三力平衡汇交定律 当刚体在三力作用下处于平衡时，若其中两力的作用线相交于一点，则第三力的作用线必通过该点，且三力共面。BBAAABCEADCB DBBAAABABBAAABB7 指出图中满足三力平衡汇交定律的构件 。 8 下列那些说法是正确的 。 A 力矩
7、的大小与矩心有关； B 力偶矩的大小与矩心有关 C力矩和力偶矩的大小都与矩心无关 D 力矩和力偶矩的大小都描述了外力对构件的转动效果。9 工作温度由常温升高到500度时，25号钢 。 力学性能也随之降低。 A 屈服强度 B 泊松比 C 延伸率 D 断面收缩率 10 直杆拉伸时，下面有关直杆横截面上的应力的说法哪些是正确的？ A 正应力不等于零； B 剪应力不等于零； C 正应力等于零； D 剪应力等于零。o 力矩是用来描述一个外力使物体绕某一点转动的效果。由于选择点不同，力矩的大小也不相同。o 力偶矩是用来描述力偶（两个力）使物体转动效果的物理量。由于这两个力大小相等，方向相反，所以这一对力使
8、物体的转动效果（力偶矩）等于两个力分别对平面上任意一点的力矩之代数和。o 因此，力偶矩的大小与矩心无关，事实上，在讨论力偶矩时，一般不涉及矩心。力偶矩：力偶矩：MF.d力矩：力矩：Mo(F) F.d0400102006008002030405060708090100C/% /%0200400600800001000.10.5x1052003004005001.0 x1051.5x1052.0 x1052.5x1050.20.30.40.5pabEbEC图3-182cos2sin2245max时，omax0 时，090时，op任意截面上的正应力和剪应力11钢材的弹性模量通常为 GPa左右 。 a
9、） 2 b） 70 c） 110 d） 20012. 对于两端铰支的细长压杆，如果长度缩短为原来的一半后仍然为细长压杆，则缩短后的临界压力与没有缩短时的临界压力相比 。 a） 有所提高 b）有所降低 c）保持不变 d）不能确定13钢材的弹性模量通常为 200 左右 。 a） Pa b） KPa c） MPa d） GPa14. 钢材的泊松比约为 。 a）0.2 b）0.3 c）0.4 d）0.5o 钢材主要力学性能：弹性模量200GPa。泊松比0.3，屈服强度150600MPa，o 铝材主要力学性能：弹性模量71GPa。泊松比0.33，屈服强度100400MPa，o 学习时注意单位和数量级。o
10、 泊松比通常小于0.5,橡胶的泊松比较大，通常在0.45以上。o 正确理解和把握材料的拉伸曲线和应力应变曲线o 判断题（ ）1、力偶无合力，因此它是平衡力系。（ ）2、二力杆件所受力的方向沿着杆线。（ ）3、二力杆件是指受到一对平衡力作用的直杆。（ ）4、梁的一端为固定端约束，在该约束处的挠度等于零、但是转角不等于零。（ ）5、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力必然为0。（）6、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯截面模量愈大，能承受的弯矩愈大。（ ）7、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所以可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。（ ）8、力偶的合力为
11、0，因此它是平衡力系。（ ）9、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力必然为0。（）10、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯截面模量愈大，能承受的弯矩愈大。（ ）11、如果梁的一端为固定端约束，那么在该约束处梁的挠度一定等于零、但是转角不一定等于零。（ ）12、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所以可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。（ ）12、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。 （ ）14、如果梁的一端为固定端约束，那么在该约束处梁的挠度一定等于零、但是转角不一定等于零。（ ）15、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所以可以采用强度较高的
12、材料，如高强钢来改善杆的稳定性。（ ）16、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。o1 二力杆件：准确地说，应该是二力构件，是指在两个外力的作用下，处于平衡状态的构件。该构件可以是杆件，也可以是其他形式，如球，或者不规则形状。 o2 正确的表述；二力杆件所受力的方向沿着力作用点连线方向。o3 细长杆的稳定性仅仅与材料的弹性模量有关，所以采用弹性模量较高的材料有助于提高或者改善杆的稳定性。o4 中长杆的稳定性与材料的强度有一定关系，采用高强钢代替普通钢在一定程度上有助于提高和改善其稳定性。o5 力偶的合力为零但是合力矩不等于0，所以物体将发生转动而不是处于平衡状态，故力偶不是平衡力系。计算题o 2-
13、1(a) o 提示1：该题主要考察同学们对三力平衡汇交定律的掌握程度o 提示2：要求正确画出未知力的方向N1N2AAN2N1o 2-1（b)o 提示1：该题主要考察同学们对三力平衡汇交定律的掌握程度o 提示2：要求正确画出未知力的方向o 2-7o 提示：利用三力汇交可以直接确定A铰的受力方向。o 答案2aABaDC题2-7RAxRAyRARDRAx=FRay=F/2RD=F/2o 2-13o 提示：注意用三力平衡汇交定律o 这里给出(a)的受力分析图BA2m2m45(a)RAXRARBXRAYRBRBYo 3-1 （a）o 提示：o 注意轴力图上标示出力的大小， 方向以及与构件的位置对应关系
14、123123(a)aaa302010+-o 3-1（b）123123(b)+-+F4F2Fo提示： 注意轴力图上标示出力的大小， 方向以及与构件的位置对应关系 计算题o 1 试写出下列各梁的剪力方程和弯矩方程，作剪力图和弯矩图。lBA(a)题图a(a)(b)lBA题图bo 解答ao 解答bo 2 图示销钉联接，P=18kN，板厚t1=8mm，t2=5mm，销钉与板的材料相同，许用剪应力=60MPa, 许用挤压应力 jy=200MPa, 销钉直径d=16mm，试校核销钉强度。o 解答o 200MPao 200MPao 60MPao 故 销钉安全。MPadtPjy5 .112221MPadtPjy
15、6 .14012MPadP7 .4442剪dt2t2t1o 3 试分析和比较图中两种齿轮的布局，哪一种布局对提高传动轴强度有利？已知：T1=T2+T3。o 解答o 对于a，最大扭矩为T1=T2+T3, 对于b，最大扭矩为T2和T3中的较大值，显然小于T1, 所以更为合理。第七章重中之重o 碳钢的分类和主要用途o 合金钢的分类和主要用途o 铸铁的分类o 有色金属材料的分类o 非金属材料举例o 钢材的热处理方式和工艺和效果o 腐蚀产生原因及防护措施o 综合说明过程设备材料选择原则第七章习题举例习题举例o 判断题 （） 1、齿轮的热处理方法通常为正火或调质，这样处理后，齿面硬度会增高。 （ ） 2、
16、不锈钢是指成分中含有Cr的合金钢，如2Cr13等。o 选择题1. 不锈钢2Cr13的名义含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013%2某材料的牌号为16MnR，该材料的名义含碳量为 。 a） 16% b）1.6% c) 0.16% d) 0.016% 3某钢材材料的牌号为45，根据该材料的名义含碳量可以知道这种钢属于 。 a）高碳钢 b）中碳钢 c) 低碳钢 d) 不能确定 4. 钢号为2Cr13的钢材，是一种 。 a）优质碳素结构钢 b）合金结构钢 c）不锈钢 d） 工具钢5钢材的弹性模量通常为 GPa左右 。 a） 2 b） 70 c） 110 d） 2
17、006. 不锈钢1Cr13的名义含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013%7某钢材材料的牌号为65，根据该材料的名义含碳量可以知道这种钢属于 。 a）高碳钢 b）中碳钢 c) 低碳钢 d) 不能确定 8钢材的弹性模量通常为 200 左右 。 a） Pa b） KPa c） MPa d） GPao钢铁材料常用热处理方式有四种，即退火，正火，淬火和回火。o退火：将构件加热到一定温度以上保温后随炉冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺； 效果：强度硬度下降，塑性韧性提高；o正火：将钢加热到临界点以上后保温，然后在空气中冷却，从而得到细片状珠光体组织的热处理
18、工艺； 效果：最终热处理，综合性能较好；o淬火：将钢加热到临界点以上后保温后得到奥氏体，然后在水等中快速冷却获得马氏体的热处理工艺； 效果：强度和硬度增加，塑性和韧性变差。o回火：将钢加热到一定温度后保温，以适当方式冷却至室温，获得预期性能的过程。 效果：消除应力，稳定组织，降低脆性。o 优质碳素钢：按含碳量分为低碳，中碳，高碳钢三种； 低碳钢：08，10，15，20 中碳钢：25，30，35，45，50，55 高碳钢：60，65，70o 不锈钢：包括铬不锈钢，铬镍不锈钢和节镍不锈钢。 铬不锈钢：含铬量要大于11.7%,如2Cr13 铬镍不锈钢: 18-8（0Cr18Ni9) 节镍不锈钢:Cr
19、18Mn8Ni9o 普通低合金钢：16MnR第八 十一章重中之重1o 压力容器常用零部件分类，名称，用途o 压力容器的分类标准与分类o 边缘应力产生原因及其工程处理方法o 内压薄壁圆筒/球形容器应力计算o 内压容器强度公式及其三个应用n 容器壁厚设计n 容器强度校核n 容器最大承载能力计算 第八十一章重中之重2o 外压容器的主要失效方式及其表现o 提高外压容器稳定性的措施o 加强圈的作用和安放o 压力容器的安全使用与管理n 管理依据n 设计监测n 制造监测o 管道分类与管道表面色第八十一章习题举例习题举例o 判断题（ ） 1、球形壳体的周向应力与径向应力相等。（） 2、过程设备通用零部件基本参
20、数是公称直径和公称压力。（）3、截止阀和节流阀的结构基本相同，但是作用不同。（ ）4、承重的管架应该安装在远离设备管嘴的地方，以免影响管嘴的安装。 （ ）5、管道表面色必须按照生活习惯进行涂刷。 （）6、按压力容器安全监察规程容器分为一、二、三类容器，其中三类容器最危险。（）7、公称压力与公称直径相同的容器法兰与管道法兰不可以互用。 （）8、鞍式支座通常成对使用，但是两个支座结构不完全相同。 （）9、设置加强圈的主要目的是提高筒体的刚度。 （ ）10、密封性要求高的设备，气压试验合格后，没必要进行气密性试验。o 选择题（单/多）1.压力管道的公称直径指的是管道的 。 a）内径 b）外径 c）中
21、径 d）不是内径也不是外径2受内压的球形压力容器，其应力的特点是 。 a) 环向应力与经向应力相等 b）环向应力是经向应力的两倍 c) 经向应力是环向应力的两倍 d) 环向应力与经向应力均为零3适用于高大直立容器的支座有 。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座4. 球形封头是各种封头中结构最 ，受力状态 。 a）复杂 b）简单 c）常用 d）不受推荐 a）较好 b）复杂 c）较差 d）与平板封头一样5. 汽车罐车常用来运输液氨、汽油和液化石油气等危险品，属于移动压力容器。按压力容器安全技术监察规程，该容器的类别为 。 a）类 b）类 c）类 d)不属该规程管辖范围6受内压
22、的球形压力容器，其应力的特点是 。 a) 环向应力与经向应力相等 b）环向应力是经向应力的两倍 c) 经向应力是环向应力的两倍 d) 环向应力与经向应力均为零7适用于卧式容器的支座有 。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座8. 汽车罐车常用来运输液氨、汽油和液化石油气等危险品，属于移动压力容器，按压力容器安全技术监察规程，该容器的类别为 。 a）类 b）类 c）类 d)不属该规程管辖范围9.采用无缝钢管制造的压力容器的公称直径指的是管道的 。 a）内径 b）外径 c）中径 d）不是内径也不是外径10. 有一400m3的球形储罐，罐内介质为液化石油气，按压力容器安全监察规
23、程，该容器的类别为 。 a）类 b）类 c）类 d)不属该规程管辖范围11适用于卧式容器的支座有 。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座12.压力管道的公称直径指的是管道的 。 a）内径 b）外径 c）中径 d）不是内径也不是外径计算题o 1一球形球形内压薄壁容器，资料都已丢失，现测得其内径Di=10m，壁厚t=22mm，焊缝都为对接焊100%无损探伤合格，球形壳体的钢材被证实为Q235，其许用应力=157MPa。（1）若用此球形容器储存1.2 MPa的压缩气是否安全？（2）若要储存2MPa的压缩气，筒体选用多厚的钢板才安全? （容器的负偏差取C1=1.0mm，钢板常用的厚度为16、18、20、22、25、28、30、32、36，单位：mm）o 已知球形球形内压薄壁容器的许用压力PW=eietDt 4o 解答o 解：（1）容器的许用压力Pw= o 由题可知：te=tn-C=22-2=20mm =157MPa =1.0 Di=10103mm o Pw= =1.25MPa o Pw=1.2MPaPW 可以用该储罐储存 o （2）t=31.95mm o td=t+C=31.95+1+1=33.95mm o tn=td+圆整量=36mm o 筒体应选用36mm钢板eietDt 4
