化工设备操作与维护 教学课件 作者 马金才 葛亮 主编第二章 化工设备力学基础 .ppt

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1、《化工设备操作与维护》第二章化工设备力学基础目录1第一节物体的受力分析2第二节轴向拉伸与压缩应力3第三节剪切与圆轴扭转应力4第四节直梁的弯曲与压杆的稳定第一章化工设备基础第一节物体的受力分析介绍化工设备设计计算所必须掌握的力学基础知识。其主要内容可以概括为两部分。1.构件的受力分析构件的受力分析主要研究构件的受力情况及平衡条件，进行受力大小的计算。其研究的构件是处于平衡状态下的构件。所谓平衡是指构件在外力作用下相对于地面处于静止或匀速直线运动状态。构件的受力分析是对构件进行承载能力分析的前提。2.构件的承载能力分析构

2、件的承载能力是指构件在外力作用下的强度、刚度和稳定性。强度是指构件抵抗外力破坏的能力。刚度是指构件抵抗变形的能力。稳定性是指构件在外作用下保持其原有平衡状态的能力。为了确保设备在载荷作用下安全可靠地工作，构件必须具有足够的强度、刚度和稳定性。在构件的承载能力分析中，主要研究静载荷作用下的等截面直杆的几种基本变形，即轴向拉伸和压缩变形、剪切和挤压变形、扭转变形、弯曲变形。本章的任务第一节物体的受力分析一、力的概念与基本性质力的三要素：力对物体的作用效应，由力的大小、方向和作用点确定。力是一个具有大小和方向的矢量，图示时

3、，常用一个带箭头的线段表示，线段长度AB按一定比例代表力的大小，线段的方位和箭头表示力的方向，其起点或终点表示力的作用点力的图示书面表达时，用黑体字如F代表力矢量，并以同一字母非黑体字F代表力的大小。第一节物体的受力分析工程上作用在构件上的力的两种表现形式：（1）.集中力集中作用在很小面积上的力，一般可以把它近似地看成作用在某一点上，称其为集中力。如上图所示的力F，其单位为“牛顿”(N)或“千牛顿”(kN)。（2）.分布载荷连续分布在一定面积或体积上的力称为分布载荷。如果分布载荷的大小是均匀的就称为均布载荷。如卧式容

4、器的自重、塔设备所受的风载荷都可简化为均布载荷。力的图示第一节物体的受力分析2.力的基本性质公理一二力平衡公理作用在刚体上的两个力，使刚体保持平衡的必要和充分条件是：这两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上。公理二力的平行四边形公理作用于物体上同一点的两个力，其合力也作用在该点上，合力的大小和方向由以这两个力为邻边所作的平行四边形的对角线确定。矢量合成法则：F即为和的合力。F的大小可以由余弦定理计算，F的方向可以用它与F1(或F2)之间的夹角α(或β)来表示。力的合成图第一节物体的受力分析公理三加减平衡力系公理

5、在已知力系上加上或减去任意的平衡力系，不会改变原力系对刚体的作用效应。力的可传递性作用在刚体上某点的力，沿其作用线移到刚体内任一点，不改变它对刚体的作用。公理一、公理三及其推论只对刚体适用，而不适用于变形体。第一节物体的受力分析公理四作用力与反作用力公理当甲物体给乙物体一作用力时，甲物体也同时受到乙物体的反作用力，且两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。作用力与约束反力第一节物体的受力分析二、受力图作用力与约束反力1.约束及约束反力凡是对一个物体的运动(或运动趋势)起限制作用的其他物体，都称为这个物体的约束。能

6、使物体运动或有运动趋势的力称为主动力，主动力往往是给定的或已知的。如图物体所受重力G即为主动力。约束既然限制物体的运动，也就给予该物体以作用力，约束对被约束物体的作用力称为约束反力，简称反力。如图所示绳给重物的作用力就是约束反力。约束反力的方向总是与约束所阻止的物体运动趋势方向相反。第一节物体的受力分析工程中常见的约束类型及其相应的约束反力:（1）柔性约束绳索、链条、胶带等柔性物体形成的约束即为柔性约束。柔性物体只能承受拉力，而不能受压。作为约束，它只能限制被约束物体沿其中心线伸长方向的运动，而无法阻止物体沿其他方向

7、的运动。（2）光滑面约束图光滑面约束一些不计摩擦的支承表面，如导轨、气缸壁等产生的约束称为光滑面约束。这种约束只能阻止物体沿着接触点公法线方向的运动，而不限制离开支承面和沿其切线方向的运动。第一节物体的受力分析（3）固定铰链约束如图(a)所示，被连接件A只能绕销轴O转动，而不能沿销轴半径方向移动。这种结构对构件A的约束就称为固定铰链约束。固定铰链约束通常简化为如图(b)或(c)所示的力学模型，其约束反力的作用线通过铰链中心，但其方向待定，可先任意假设。固定铰链图第一节物体的受力分析（4）活动铰链约束活动铰链约束不限制

8、物体沿支承面切线方向的运动，只能限制物体沿支撑面的法线方向压入支撑面的运动，其约束反力与光滑面约束相似，方向是沿着支承面法线通过铰链中心指向物体，如图所示。化工和石油装置中的一些管道、卧式容器及桥梁等，为了适应较大的温度变化而产生的伸长或收缩，应允许支座间有稍许的位移，这些支座可简化为活动铰链约束。活动铰链图第一节物体的受力分析（5）固定端约束