物体的受力分析和静力学平衡方程

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1、化工设备机械基础雷燕一、课程性质、目的和任务《化工设备机械基础》是为化工类专业开设的的一门综合性机械类课程，总学时48学时。其目的是使学习化工工艺专业的学生获得必要的机械基础知识，具有设计常低压化工设备的初步能力，并能够对一些标准化的设备和零部件进行选型和核算，获得对化工设备进行正常操作维护等方面的知识和能力。化学工业以工艺为先导，以设备为保障，掌握与化工设备有关的机械基础知识是十分必要的．课程内容分为三大知识模块，即：工程力学基础（静力学、材料力学）、化工设备设计基础模块、机械传动模块。工程力学模块主要讲解物体受力作用时的强度、刚度和稳定性问题。其中静力学

2、部分，要求能够熟练地对平面一般力系（包括汇交力系、平行力系、和力偶系）进行分析，正确地运用平衡方程求解约束反力，并熟悉求解方空间力系的一般方法。材料力学部分，要求熟练掌握机械强度的概念，能够对拉伸和压缩、剪切和积压、扭转、弯曲等基本变形进行应力强度分析和变形分析；熟悉常用的几个强度理论及其适用范围。化工设备设计基础模块，要求掌握薄膜应力理论及其适用范围；能够对常低压化工设备的筒体和封头进行强度和稳定性设计；掌握化工设备通用零部件的选用方法。掌握内压容器的设计壁厚计算，外压容器许用压力 计算；掌握各种封头的结构和应力计算。熟悉压力容器法兰的类型，掌握密封面的结

3、构特点和应用范围；容器 支座的类型和其它附件的结构。机械传动与减速器模块为自学内容，了解V形带传动、齿轮传动和蜗杆传动的特点、适用场合 及传动的主要参数；蜗杆传动的机理；了解定轴轮系与周转轮系的组成及用途。二、学时分配前言（1学时）工程力学基础（23学时）第一章物体的受力分析和静力平衡方程（6学时）第二章拉伸、压缩与剪切（4学时）第三章扭转（3学时）第四章弯曲（4学时）第五章应力状态分析、强度理论和组合变形（4学时）第六章疲劳（2学时）化工设备设计基础（22学时）第七章化工设备设计基础概述（2学时）第八章内压薄壁容器设计基础（4学时）第九章内压薄壁圆筒和球壳

4、设计（4学时）第十章内压容器封头的设计（4学时）第十一章外压容器设计基础（4学时）第十二章容器零部件（4学时）复习（2学时）第一篇工程力学基础概述工程力学是一门研究物体机械运动及构件强度、刚度和稳定性的科学本篇包括工程力学的两个基础部分的内容：静力学和材料力学材料力学是研究各类构件（主要是杆件）的强度、刚度和稳定性的学科，它提供了有关的基本理论、计算方法和实验技术，使我们能合理地确定构件的材料和形状尺寸，以达到安全与经济的设计要求要求掌握的内容：1.力、刚体、平衡以及二力构件的概念，静力学公理（平衡原理或定律）；2.约束与约束反力，受力图；3.力的投影和合力

5、投影定理；4.力矩与力偶，力的平移；5.平面力系的简化，合力矩定理；6.平面力系的平衡方程及应用；7.空间力系，力对轴之矩，空间力系的平衡方程及应用。重点：是受力图和力系平衡方程的应用。难点：约束、约束反力和一般力系的简化第一章物体的受力分析和静力学平衡方程静力学主要研究的以下两个内容：（1）力系的简化力系：同时作用在刚体上的一群力称为力系。等效力系：如果作用于一刚体上的力系可以用另一力系代替而不改变其对刚体的作用效果，则称这两个力系为等效力系。力系的简化：用一个简单的等效力系代替一个复杂的力系称为力系的简化。（2）刚体的平衡条件指刚体处于平衡状态时作用于刚

6、体上的力系应满足的条件。本章将阐述静力学中的一些基本概念、静力学公理、工程上常见的典型约束和约束反力，以及物体的受力分析。刚体的概念：在外力作用下，物体的形状和大小(尺寸)保持不变，而且内部各部分相对位置保持恒定(没有形变)，这种理想物理模型称之为刚体。简单地说刚体就是在力的作用下不发生变形的物体。第一节静力学基本概念一、力的概念及作用形式1、力的定义力是物体之间相互的机械作用，这种作用将使物体的机械运动状态发生变化，或者使物体产生变形。前者称为力的外效应；后者称为力的内效应。2、力的三要素实践证明，力对物体的作用效应，决定于力的大小、方向（包括方位和指向）

7、和作用点的位置，这三个因素就称为力的三要素注意：（1）力是矢量力是一个既有大小又有方向的量，而且又满足矢量的运算法则，因此力是矢量（或称向量）（2）力的单位力的国际制单位是牛顿或千牛顿，其符号为N，或kN3、集中力、均布力（均布载荷）集中力：当力的作用面积很小，可以看作是作用在一点上时，这种力称为集中力分布力：当力的作用范围比较大时称为分布力（其大小用分布力集度q(x)（单位长度力的大小）表示，单位为kN/m，当q(x)为常数时称为均布力或均布载荷二、刚体的概念简单地说刚体就是在力的作用下不发生变形即保持其几何形状和尺寸不变的物体。显然，刚体是一个理想化的模

8、型，实际上并不存在这样的物体。但是，工程实际中的机械