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第1篇 工程力学基础 3

第1章 引言 3

1.1构件 3

1.2强度、刚度与稳定性 3

1.3基本变形形式 4

第2章 轴向拉伸与压缩 5

2.1拉伸与压缩的基本概念 5

2.2物体的内力 截面法 6

2.2.1内力的概念 6

2.2.2截面法求内力 6

2.3拉伸与压缩时的应力分析 8

2.3.1应力的概念 8

2.3.2轴向拉压时横截面上的应力 9

2.4拉伸与压缩变形 胡克定律 11

2.4.1纵向变形 11

2.4.2横向变形 12

2.4.3胡克定律 12

2.5轴向拉伸与压缩时的强度计算 14

2.5.1许用应力与安全系数 14

2.5.2轴向拉伸与压缩时的强度条件 15

2.6热应力的概念 18

2.7应力集中的概念 19

习题 20

第3章 剪切与圆轴扭转 23

3.1剪切与挤压 23

3.1.1剪切 23

3.1.2挤压 25

3.1.3剪切与挤压的强度计算 26

3.1.4剪应变与剪切胡克定律简介 30

3.2扭转 31

3.2.1扭转的基本概念 31

3.2.2扭转时外力的计算 32

3.2.3扭转时内力的计算 33

3.3圆轴扭转时的应力及强度条件 37

3.3.1剪应变分布规律 37

3.3.2剪应力分布规律 38

3.3.3以静力平衡求剪应力 39

3.3.4截面的几何性质、强度条件 40

3.4圆轴扭转时的变形及刚度条件 42

3.4.1圆轴扭转时的变形分析 42

3.4.2圆轴扭转时的刚度条件 42

习题 48

第4章 梁的弯曲 52

4.1基本概念 52

4.2弯曲时的内力分析 54

4.2.1弯曲内力 54

4.2.2剪力和弯矩符号规则 55

4.3弯矩图 56

4.4弯曲时的应力和强度计算 61

4.4.1平面假设与变形的几何关系 61

4.4.2物理方程与应力分布 63

4.4.3静力平衡方程 63

4.4.4弯曲正应力公式适用范围的讨论 64

4.5截面几何性质 65

4.5.1常用截面的几何性质 66

4.5.2组合截面的几何性质 67

4.6弯曲正应力的强度条件 69

4.7梁的优化设计 73

4.7.1支承的合理安排 73

4.7.2载荷的合理布置 74

4.7.3截面形状的合理设计 75

4.8梁的弯曲变形 77

4.8.1梁的弹性曲线、挠度和转角 77

4.8.2弹性曲线的近似微分方程 78

4.8.3用叠加法求梁的变形 82

4.8.4梁的刚度校核 提高抗弯刚度的措施 82

习题 83

第5章 强度理论与组合变形 88

5.1强度理论简介 88

5.2组合变形的概念 89

5.3拉伸（压缩）与弯曲组合变形 90

5.4扭转与弯曲组合变形 94

5.4.1扭转与弯曲组合变形时的应力分析 95

5.4.2扭转与弯曲时的强度计算 95

习题 98

第6章 压杆稳定 101

6.1工程中的稳定性问题 101

6.2两端球铰支细长压杆的临界力 103

6.3杆端不同约束条件下细长压杆的临界力 104

6.4压杆临界应力与欧拉公式的适用范围 107

6.4.1临界应力和柔度 107

6.4.2欧拉公式的适用范围 108

6.4.3中柔度压杆的临界应力公式 108

6.5压杆稳定性校核 110

6.5.1压杆稳定性安全准则 110

6.5.2压杆稳定性校核的安全系数法 111

6.6工程中提高压杆稳定性的措施 112

6.7其他构件稳定问题简介 113

习题 115

第2篇 化工设备材料 119

第7章 材料基础知识 119

7.1钢材生产基本知识 119

7.1.1炼钢炉 119

7.1.2炉外精炼 120

7.1.3脱氧工艺 120

7.1.4几个基本术语 121

7.1.5钢材分类 121

7.1.6钢铁牌号及表示方法 123

7.1.7钢材的热处理 124

7.2材料的性能 126

7.2.1力学性能 126

7.2.2物理性能 131

7.2.3化学性能 132

7.2.4工艺性能 133

第8章 化工设备材料及其选择 135

8.1碳钢 135

8.2低合金钢及化工设备用特种钢 136

8.2.1合金元素对钢性能的影响 136

8.2.2低合金钢 138

8.2.3锅炉和压力容器用钢板 138

8.2.4不锈耐酸钢 139

8.2.5耐热钢 141

8.2.6低温用钢 141

8.2.7钢材的品种和规格 142

8.2.8化工设备用钢的选材原则 143

8.3有色金属材料 145

8.3.1铝及其合金 145

8.3.2铜及其合金 146

8.3.3铅及其合金 146

8.3.4钛及其合金 147

8.4非金属材料 147

8.4.1无机非金属材料 147

8.4.2有机非金属材料 148

第9章 化工设备的腐蚀及防腐措施 150

9.1金属的腐蚀 150

9.1.1金属腐蚀的评定方法 150

9.1.2化学腐蚀 151

9.1.3电化学腐蚀 153

9.2晶间腐蚀和应力腐蚀 154

9.3金属腐蚀破坏的形式 156

9.4金属设备的防腐措施 156

习题 157

第3篇 化工容器设计 163

第10章 容器设计的基本知识 163

10.1容器的分类与结构 163

10.1.1容器的分类 163

10.1.2容器的结构 166

10.2容器零部件的标准化 166

10.2.1标准化的意义 166

10.2.2标准化的基本参数 167

10.3压力容器的安全监察 168

10.3.1我国压力容器的基本状况 168

10.3.2我国压力容器安全监察体制 169

10.4现行压力容器安全监察法规、规范介绍 170

10.5压力容器建造标准规范 174

10.5.1压力容器建造标准的基本内容 174

10.5.2压力容器标准化体系 175

10.6压力容器国内外标准简介 176

10.6.1各国主要压力容器标准的性质和地位 176

10.6.2各国压力容器分类的原则 176

10.6.3各国主要标准的压力适用范围 177

10.6.4在标准中及时体现先进技术的应用 177

10.6.5我国主要压力容器建造标准简介 178

10.7《钢制压力容器》简介 179

10.7.1适用范围 179

10.7.2不适用范围 179

10.7.3超出标准规定范围的设计问题 180

10.8设计载荷条件 180

10.9 压力容器设计寿命 181

10.10 容器机械设计的基本要求 182

习题 183

第11章 内压薄壁容器的应力分析 185

11.1回转壳体的应力分析——薄膜应力理论 185

11.1.1薄壁容器及其应力特点 185

11.1.2基本概念与基本假设 186

11.1.3经向应力计算公式——区域平衡方程式 187

11.1.4环向应力计算公式——微体平衡方程式 189

11.1.5轴对称回转壳体薄膜理论的应用范围 191

11.2薄膜理论的应用 191

11.2.1受气体内压的圆筒形壳体 191

11.2.2受气体内压的球形壳体 192

11.2.3受气体内压的椭球壳体（椭圆形封头） 193

11.2.4受气体内压的锥形壳体 195

11.2.5受气体内压的碟形壳体（碟形封头） 196

11.2.6例题 199

11.3内压圆筒边缘应力 200

11.3.1边缘应力的概念 200

11.3.2边缘应力的特点 201

11.3.3对边缘应力的处理 202

习题 203

第12章 内压薄壁圆筒与封头的强度设计 206

12.1强度设计的基本知识 206

12.1.1关于弹性失效的设计准则 206

12.1.2强度理论及其相应的强度条件 207

12.2内压薄壁圆筒壳与球壳的强度设计 208

12.2.1强度计算公式 208

12.2.2设计参数的确定 210

12.2.3容器的厚度和最小厚度 219

12.2.4压力试验及其强度校核 220

12.2.5例题 225

12.3内压圆筒封头的设计 227

12.3.1半球形封头 228

12.3.2椭圆形封头 228

12.3.3碟形封头 229

12.3.4球冠形封头 230

12.3.5锥形封头 232

12.3.6平板封头 237

12.3.7例题 241

12.3.8封头的选择 243

习题 246

第13章 外压圆筒与封头的设计 249

13.1概述 249

13.1.1外压容器的失稳 249

13.1.2容器失稳型式的分类 249

13.2临界压力 250

13.2.1临界压力的概念 250

13.2.2影响临界压力的因素 250

13.2.3弹性失稳的理论计算方法 252

13.2.4长圆筒、短圆筒和刚性圆筒 253

13.2.5临界压力的理论计算 254

13.2.6临界长度 255

13.3外压圆筒的工程设计 255

13.3.1设计准则 255

13.3.2外压圆筒壁厚设计的图算法 256

13.3.3外压容器的试压 264

13.3.4例题 264

13.4轴向受压圆筒失稳计算 265

13.5外压球壳与凸形封头的设计 266

13.5.1外压球壳和球形封头的设计 266

13.5.2凸面受压封头的设计 267

13.5.3例题 267

13.6外压圆筒加强圈的设计 268

13.6.1加强圈的作用与结构 268

13.6.2加强圈的间距 269

13.6.3加强圈的尺寸设计 269

13.6.4加强圈与圆筒间的连接 270

13.6.5例题 271

习题 272

第14章 容器零部件 275

14.1法兰连接 275

14.1.1法兰连接结构与密封原理 275

14.1.2法兰的结构与分类 276

14.1.3影响法兰密封的因素 278

14.1.4法兰标准及选用 285

14.2容器支座 296

14.2.1卧式容器支座 296

14.2.2立式容器支座 303

14.3容器的开孔补强 304

14.3.1开孔应力集中现象及其原因 304

14.3.2开孔补强设计原则、形式与结构 306

14.3.3等面积补强设计方法 309

14.3.4例题 315

14.4容器附件 316

14.4.1接管 316

14.4.2凸缘 316

14.4.3手孔与人孔 317

14.4.4视镜 318

14.5容器设计举例 318

14.5.1罐体壁厚设计 318

14.5.2封头厚度设计 319

14.5.3鞍座 319

14.5.4人孔 320

14.5.5人孔补强 322

14.5.6接管 322

14.5.7设备总装配图 323

习题 325

第4篇 典型化工设备的机械设计 331

第15章 管壳式换热器的机械设计 331

15.1概述 331

15.1.1换热器的类型 331

15.1.2换热器的选型 332

15.2管壳式换热器 334

15.2.1基本类型 334

15.2.2总体设计 336

15.3管壳式换热器的主要部件与结构设计 337

15.3.1管板 337

15.3.2管束 338

15.3.3管子与管板的连接 340

15.3.4管箱 342

15.3.5管板与壳体的连接 343

15.3.6管板与管箱的连接 344

15.3.7管束分程 345

15.3.8折流板和支承板 346

15.3.9 拉杆和定距管 348

15.3.10 进、出口接管 349

15.3.11 防冲和导流 349

15.3.12 排液口和排气口 350

15.3.13 支座 350

15.4管板的计算与校核 350

15.4.1基本假设 350

15.4.2影响管板应力的因素 351

15.4.3计算与校核 352

15.5温差应力及膨胀节设置 352

15.5.1温差引起的应力计算 352

15.5.2管子拉脱力计算及校核 353

15.5.3温差应力的补偿 354

15.5.4膨胀节结构及设置 355

15.6热管及热管换热器 357

15.6.1热管 357

15.6.2热管换热器 359

第16章 塔设备设计 363

16.1概述 363

16.1.1塔设备的作用和类型 363

16.1.2塔类型选择 363

16.1.3对塔设备的要求 364

16.2板式塔 364

16.2.1设计内容 364

16.2.2总体结构及分类 365

16.2.3塔盘结构 365

16.3填料塔 377

16.3.1设计内容 377

16.3.2总体结构 378

16.3.3填料类型及选用 378

16.3.4液体的分布装置和再分布装置 382

16.3.5填料的支承装置 387

16.3.6填料压板和床层限制板 388

16.4辅装置及附件 389

16.4.1裙座 389

16.4.2除沫器 390

16.4.3接管 391

16.4.4吊柱 395

16.5塔设备的机械设计 396

16.5.1塔体的机械设计 396

16.5.2裙座的机械设计 407

16.6塔体与裙座的机械设计举例 415

习题 421

附录 422

附录1 常用金属材料的物理性能 422

附录2 优质碳素结构钢的钢号和化学成分（GB 711—88） 423

附录3 碳素结构钢的钢号、化学成分及力学性能 424

附录4 锅炉和压力容器用钢板（GB 713—2008） 425

附录5 螺栓、螺母材料组合及适用温度范围 427

附录6 钢板、钢管、锻件和螺栓的许用应力 428

附录7 图13-6和图13-8～图13-15数据表（GB 150—1998） 438

附录8 长颈法兰的最大允许工作压力（JB/T 4700—2000） 444

附录9 甲型、乙型平焊法兰和长颈法兰螺柱材料的选用 445

附录10 甲型平焊法兰、乙型平焊法兰尺寸系列 448

附录11 管法兰标准（HG 20592—97） 451

附录12 双鞍式支座标准（JB/T 4712—92） 462

附录13 耳式支座标准（JB/T 4725—92） 472

附录14 裙座上开设检查孔处的断面模数及面积 474

附录15 裙座标准系列尺寸 475

参考文献 478