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1、化工设备设计基础课程教学（自学）基本要求适用层次所有层次适应专业化学工程与工艺使用学期2008秋自学学时96面授学时32实验学时使用教材教材名称化工设备机械基础编 者赵军等出 版 社化学工业出版社参考教材化工设备设计基础；刁玉玮编，大连理工出版社课程简介本课程为化学工程与工艺专业设置的技术基础课。既有一定的基础理论，又具有一定的实践性。学习本课程可使学生获得从事化工设备设计所需的力学理论基础知识，培养学生综合运用基本知识进行设备设计和验算的基本能力，初步掌握压力容器设计的基本方法，并能进行简单设备的设计和主要部件的选用及核算。学习建议本课程的先修课程为普通物理。该课程的实践性较强，注意理论和实
2、践相结合的学习方法。建议在进行本门课程的学习之前，学生应到石油化工厂进行认识学习。各章节主要学习内容及要求（内容编排与教材略有不同，参考备注；作业附后）绪论学时要求（1学时）主要内容【了解】本课程的主要内容【掌握】本课程的学习目的和要求【重点掌握】本课程的学习方法上交作业备 注第一章 物体的受力分析和静力平衡方程学时要求（9学时）主要内容【了解】力的概念，平面力偶系的合成【掌握】约束类型及约束反力；平面汇交力系的合成及平衡条件；二力构件；平面一般力系的合成及平衡条件。【重点掌握】受力图；平面一般力系的平衡条件。上交作业备 注第二章 拉伸、压缩学时要求（6学时）主要内容【了解】杆件变形的基本形式
3、；拉伸与压缩时的变形；【掌握】杆件拉伸和压缩时的内力、应力；截面法求内力；强度条件；虎克定律；材料拉伸和压缩时的机械性能【重点掌握】杆件拉伸和压缩时的内力、应力；强度条件；材料拉伸和压缩时的机械性能上交作业备 注第三章 弯曲学时要求（10学时）主要内容【了解】弯曲的概念；影响梁弯曲强度和刚度的主要因素；【掌握】平面弯曲、纯弯曲、横力弯曲；截面法求弯曲内力；剪力图和弯矩图画法；【重点掌握】剪力图、弯矩图；弯曲应力计算及其分布特点。上交作业备 注教材第4章第四章 应力状态分析、强度理论学时要求（2学时）主要内容【了解】单元体的概念；应力状态【掌握】四个强度理论【重点掌握】第一、第三强度理论上交作业
4、备 注教材第5章第五章 化工设备常用材料学时要求（4学时）主要内容【了解】化工设备用材的种类，化工设备选材的原则；【掌握】金属材料的性能，分类及牌号，化工设备常用材料；【重点掌握】钢的性能及牌号、容器专用钢材。上交作业备 注第七章 内压薄壁容器设计基础学时要求（6学时）主要内容【了解】容器的结构及分类；边缘应力的概念【掌握】压力容器零部件的标准化、薄壁回转壳体的9个概念；薄膜理论及其应用【重点掌握】第一、二曲率半径；薄膜理论及其适用条件上交作业备 注教材-第8章第八章 内压薄壁圆筒和球壳设计学时要求（6学时）主要内容【了解】强度理论及设计基本知识【掌握】壁厚计算公式的推导过程，设计参数的确定；
5、压力试验的分类及实施；封头的设计【重点掌握】壁厚计算公式上交作业备 注教材-第9、10章第九章 外压容器设计学时要求（6学时）主要内容【了解】外压容器的失效形式【掌握】长、短及刚性圆筒的分类，临界压力的计算；外压圆筒及封头的工程设计方法【重点掌握】图算法的原理及应用上交作业备 注教材-第11章第十章 容器零部件学时要求（6学时）主要内容【了解】压力容器常用的零部件【掌握】法兰连接的原理及其结构、法兰及垫片的选用；容器的支座结构及选用办法；容器的开孔补强原则及方法【重点掌握】法兰的选用方法，容器的开孔补强结构及计算上交作业备 注教材-第12章第十一章 直立设备设计学时要求（4学时）主要内容【了解
6、】直立设备的相关基本概念；【掌握】直立设备所受的各种载荷及其计算方法；直立设备的危险截面及其校核；裙座及其相关结构的设计与校核；【重点掌握】危险截面的载荷分析与校核计算上交作业备 注参见：化工设备设计基础；刁玉玮编，大连理工出版社编者：赵延灵作 业第一章一、填空1. 力的机械作用对物体产生两种效应：使 ，即外效应；使 ，即内效应。2. 力的合成与分解法则有 和 两种。3. 平面汇交力系平衡的充要条件是 。4. 平面力偶系平衡的充要条件是 。二、名词解释1. 平衡力系2. 二力平衡条件3. 平面汇交力系4. 力的平移定理三、计算题1. 化工厂起吊设备时为避免碰到栏杆，施加一水平力P，设备重G=4
7、0kN。试求水平力P及绳子的拉力T。2. 图示为某支架结构，在支架上作用有一力偶，其力偶矩m=300 Nm。如不计支架杆重，试求铰链B处的约束反力。第二章一、填空1. 工程中常用的构件按其几何形状特征可分为 、 和 三类。2. 杆件在外力作用下变形的基本形式有 、 、 和 。3. 根据直杆拉伸与压缩的强度条件可以进行 、 和 等三类强度计算问题。4. 低碳钢的拉伸过程可分为 、 、 和 四个阶段。二、名词解释1. 截面法2. 平面截面假设三、计算题2-1 试求图示钢杆各段内横截面上的应力和杆的总变形。已知杆的横截面面积A=12cm2，钢材的弹性模量E=2105MPa。2-2 图示三角形支架由A
8、B和BC两杆组成，在两杆的联接处月悬挂有重物G30kN。已知两杆均为圆截面，其直径分别为dAB=25mm，dBC=30mm，杆材的许用应力=120MPa，试问此支架是否安全。第三章一、填空1. 梁的任一截面上的内力有 和 。2. 梁的弯曲强度条件为 ；利用梁的弯曲强度条件可以解决 、 和计算 。3. 用叠加法求梁的变形的前提条件是 。4. 单元体的应力状态可以分为三类： 、 和 。5. 材料破坏的主要形式可以归纳为 和 两类。二、名词解释或简答1. 梁横截面上的剪力与弯矩的正负号是如何规定的？2. 横力弯曲3. 平行移轴定理三、计算题1图示各梁中的载荷为P=20kN，q=l0kN/m，m=20
9、kNm，尺寸为l=2m，a=1m。试列出各梁的剪力、弯矩方程并作出剪力、弯矩图，求出Qmax和Mmax。 (a) (b)2. 螺栓压板夹紧装置如图所示。已知压板长度为3a=180mm，压板的许用应力=120MPa。试根据压板的弯曲强度，计算该夹紧装置对工件的最大压紧力。第五章一、填空1. 、是金属材料的 指标；b、s 是材料的 指标；k是材料的 指标。2. 对钢材，其泊桑比= 。3. 说明下列材料牌号中各个字母及数字的含义？Q235-A，20g，16MnDR，1Cr8Ni9Ti，00Cr19Ni9二、名词解释1. 蠕变2. 冲击韧性第七章一、名词解释1. 薄膜理论2. 边缘应力二、填空题1.
10、轴对称壳体是指壳体的 、 和 都是对称于对称轴的。2. 区域平衡方程式为 ；微体平衡方程式为 。3. 边缘应力的特点是 性和 性。三、指出和计算下列回转壳体上诸点的第一和第二曲率半径 四、计算题有一立式圆筒形贮油罐，罐体内径为8000mm，壁厚为8mm，油的液面距罐底25m， 油的重度为8103N/m3，试求： 油罐筒身上的薄膜应力和m，并画出应力沿高度的分布图； 若液面上方气体压力最大不超过0.08MPa(表压)，再求筒身薄膜应力和m并画出应力沿高度分布图。第八章一、名词解释1. 弹性失效设计准则2. 设计压力3. 壁厚附加量二、填空1. 有一容器，其最高工作压力为1.6MPa，工作温度15
11、0且装有安全阀，试确定该容器的设计压力p= MPa；水压试验压力 MPa。2. 对于碳钢和低合金钢制的容器，考虑其刚性需要，其最小壁厚为 mm；对于不锈钢制容器，其最小壁厚为 mm。3. 设计温度虽不直接反映的强度计算公式中，但它是设计中 和确定 时的一个不可缺少的参数。三、计算题1. 有一DN2000mm的内压薄壁圆筒，壁厚Sn=22mm，承受的最大气体压力p=2MPa，焊缝系数=0.85，壁厚附加量为C2mm，试求筒体的最大工作应力。2. 某球形内压薄壁容器，内径为Di=10m，壁厚为Sn=22mm，若令焊缝系数=1.0，壁厚附加量为C2mm，试计算该球形容器的最大允许工作压力。已知钢材的
12、许用应力=147MPa。第九章一、名词解释1. 外压容器2. 弹性压缩失稳二、填空1. 受外压的长圆筒，侧向失稳时波形数n( )；短圆筒侧向失稳时波形数为( )的整数。2. 当外压圆筒的Se/D0( )时，一般在器壁应力达到材料的屈服极限以前不发生弹性失稳现象，故在这种条件下，任何长径比的圆筒均可按( )圆筒设计。3.外压圆筒设计时，现行的稳定安全系数为m( )。4. 直径与壁厚分别为D，S的薄壁圆筒壳，承受均匀侧向外压p作用时，其环向应力( )，经向应力( )，它们均是( )应力，且与圆筒的长度L( )关。5. 外压容器的焊缝系数均取为( )。6. 外压圆筒的加强圈，其作用是将( )圆筒转化成为( )圆筒，以提高临界失稳压力，减薄筒体壁厚。三、计算题设计一台尿素真空蒸发罐，已知直径Di
