新编化工设备设计基础

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1、力的概念及性质一、力的概念：力是两物体之间的相互机械作用。力会产生两种效果：1、使物体改变运动方向  2、使物体产生变形力是矢量，具有三要素：大小、方向、作用点，用F表示。单位：牛顿（N）和千牛顿（KN）。二、力的基本性质：1、力的成对性：力有作用力与反作用力。2、二力平衡条件如果刚体（不考虑变形的物体）受到两个力的作用而处于平衡状态，则其平衡条件是：二力大小相等，方向相反，且作用在一条直线上。如果刚体受到三个力的作用而处于平衡状态，则其平衡条件是：三个力的作用线汇交于一点。3、力的可传性：作用在刚体上某点的力，可以沿其作用线移动到该刚体上的任意一点，而不改变它对刚体的作

2、用。4、力的合成与分解：在不改变力对物体作用效应的前提下，可以将作用在物体同一点的力变成一个合力。这就是力合成，反之就是力的分解。①力的合成：力是矢量，所以力的合成必须按照平行四边形法则进行。F=F1+F2F=√F12+F22-2F1F2cosα②力的分解：此为力的合成的相反过程。F1=FcosαF2=Fsinα约束与约束反力主要介绍的是约束与约束反力的概念和以及种种约束类型。主要考虑的是自由体和非自由体的物体带来的力的作用。一：约束和约束反力1、自由体可以任何方向上自由移动的物体叫自由体。2、非自由体只要有任何一个或以上方向上受到限制的物体就叫非自由体，限制物体运动的物

3、体叫约束。3、约束反力约束作用于非自由体上的力叫约束反力。约束反力的方向总是与该约束阻止的运动方向相反。二：约束的种类1、柔性约束用绳、胶带及钢丝绳等柔性材料组成的约束为柔性约束,力的方向在轴线上。2、光滑面约束光滑面：就是不考虑摩擦力的作用的表面，力的方向是与光滑面接触的法线方向上。将物体从系统内取出后再考虑力的组成。3、圆柱铰链约束分固定式和移动式（以在X和Y方向上能否移动为区分点），铰链约束是构件可以转动的。在不能动的方向上就存在约束反力。4、固定端约束比如插入，焊接等。既不能让构件移动也不能转动的方式。受力图为了对研究对象的分离体进行所有受力情况的分析就是进行受力

4、分析，所画的受力图即为画受力图。作用在非自由体的分离体上的力有两种：1.已知的主动力  2.未知的约束反力平面汇交力系的合成与平衡条件所谓平面汇交力系就是指作用在物体上的各力的作用线位于同一平面内，且汇交于一点的力系。一、平面汇交力系的几何法与平衡条件1.几何法：按力的三角形法则求合力RR=F1+F2+F3+...+Fn平面汇交力系平衡条件：R=∑Fi=02.解析法：建立一直角坐标系，将各平面汇交力系在坐标系的X、Y轴上投影，然后分别求出在X、Y轴上的各力的代数和。Rx=∑Fxi=Fx1+Fx2+...+FxnRy=∑Fyi=Fy1+Fy2+...Fyn注：坐标系中X、Y

5、轴可为任意方向上的两垂直相交直线。解析法的平衡条件：Rx=0   Ry=0平面力偶系的合成与平衡条件。一：力矩力矩是力对某一点所取的矩。它等于力乘以这点至力的垂直距离，用M0（F）表示。力矩产生转动，以逆时针转动为正，顺时针转动为负。M=F*D（力到转动点的垂直距离;可以从转动点到力做垂线计算长度，也可以将力分解成垂直于轴线的力和轴线方向上的力来进行计算）二：力偶和力偶矩两个不重合的方向相反的力可以产生转动，那就是力偶，以T表示：T=F*D(两个力的距离，以逆时针转动为正，反之为负）。性质：1：力偶无合力。2：在作用面内可以任意移动，但不改变刚体移动效果。3：力偶据不变时

6、，力和力臂可任意改变，不改变力偶对刚体的作用。4：力偶的合力偶等于力偶系中各力偶的代数和。平衡条件同一平面的合力偶为0就平衡了。平面汇交力系的合成与平衡条件：1、几何法，即按力的三角形法则，将各力依次合成，求合力2、解析法：即建立直角坐标系，将各平面汇交力系在坐标系的X、Y轴上投影，然后分别求出在X、Y轴上的各力的代数和。平面一般力系的合成与平衡条件1、力的平移定理：作用在物体上某点的力,可以平移到该物体上的任意一点，但必须同时附加一个力偶,这个附加力偶的力偶矩等于原力对这任意一点的矩。2、平面一般力系的平衡条件：所有的力在X方向上的合力为0，所有的力在Y方向上的合力为0

7、，所有的力偶矩的合力偶为0。直杆拉伸与压缩一、工程中构件的形式按形状大致可以分成三类：1、杆件，如：螺栓，轴，梁等。2、板，如：塔设备内的塔板，换热器中的管板等。3、壳，如：油罐的筒体等。二、构件变形的基本形式1、弹性变形：当外力卸去后，构件又恢复到原来的形状。2、塑性变形：当外力卸去后，构件不能恢复到原来的形状。三、杆件在外力作用下，变形的基本形式1、拉伸与压缩：杆件在其轴线方向伸长或压缩。2、弯曲：杆件在力偶作用下，其轴线弯成曲线。3、剪切：两作用线相距很近，垂直于杆的轴线的力，使作用线间横截面发生相对错动。4、扭转：杆件