化工設(shè)備基礎(chǔ)02

1、第一章化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)第一章化工設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí)第二章化工設(shè)備力學(xué)知識(shí)第二章化工設(shè)備力學(xué)知識(shí)第二章第二章 化工設(shè)備力學(xué)基礎(chǔ)化工設(shè)備力學(xué)基礎(chǔ) 化工設(shè)備及其零部件在工作時(shí)都要受到化工設(shè)備及其零部件在工作時(shí)都要受到各種外力作用。例如：安裝在室外的塔設(shè)備，各種外力作用。例如：安裝在室外的塔設(shè)備，要承受風(fēng)力的作用；壓力容器法蘭聯(lián)接的螺要承受風(fēng)力的作用；壓力容器法蘭聯(lián)接的螺栓要承受拉力作用；攪拌軸工作時(shí)要承受物栓要承受拉力作用；攪拌軸工作時(shí)要承受物料阻力的作用等。料阻力的作用等。 為了使構(gòu)件在外力作用下，既能安全可為了使構(gòu)件在外力作用下，既能安全可靠地工作，又能滿足經(jīng)濟(jì)要求，除了需要選靠地工作，又能滿足經(jīng)濟(jì)要

2、求，除了需要選擇合適的材料外，還要確定構(gòu)建合理的截面擇合適的材料外，還要確定構(gòu)建合理的截面形狀和尺寸。要解決這些問(wèn)題就必須對(duì)構(gòu)件形狀和尺寸。要解決這些問(wèn)題就必須對(duì)構(gòu)件進(jìn)行受力分析和承載能力的計(jì)算。進(jìn)行受力分析和承載能力的計(jì)算。 本章的任務(wù)就是介紹化工設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算所必須掌握的力本章的任務(wù)就是介紹化工設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算所必須掌握的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。其主要內(nèi)容可以概括為兩部分。學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。其主要內(nèi)容可以概括為兩部分。一、構(gòu)件的受力分析一、構(gòu)件的受力分析 構(gòu)件的受力分析主要研究構(gòu)件的受力情況及平衡條件，構(gòu)件的受力分析主要研究構(gòu)件的受力情況及平衡條件，進(jìn)行受力大小的計(jì)算，其研究是處于平衡狀態(tài)下的構(gòu)件。進(jìn)行受力大小

3、的計(jì)算，其研究是處于平衡狀態(tài)下的構(gòu)件。二、構(gòu)件的承載能力分析二、構(gòu)件的承載能力分析 構(gòu)件的承載能力是指構(gòu)件在外力作用下的強(qiáng)度、剛度及構(gòu)件的承載能力是指構(gòu)件在外力作用下的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 強(qiáng)度：指構(gòu)件抵抗外力破壞的能力。強(qiáng)度：指構(gòu)件抵抗外力破壞的能力。 剛度：指構(gòu)件抵抗變形的能力剛度：指構(gòu)件抵抗變形的能力 穩(wěn)定性：指構(gòu)件在外力作用下保持穩(wěn)定性：指構(gòu)件在外力作用下保持 其原有平衡狀態(tài)的能力。其原有平衡狀態(tài)的能力。 在構(gòu)件的承載能力分析中，主要研在構(gòu)件的承載能力分析中，主要研究究靜載荷靜載荷作用下的作用下的等截面直桿等截面直桿的幾種基的幾種基本變形，即本變形，即軸向拉伸和壓縮變形、剪切軸

4、向拉伸和壓縮變形、剪切和擠壓變形、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形。和擠壓變形、扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形。2.1 2.1 物體的受力分析物體的受力分析2.22.2軸向拉伸與壓縮軸向拉伸與壓縮2.32.3剪切與圓軸扭轉(zhuǎn)剪切與圓軸扭轉(zhuǎn)2.42.4直梁的彎曲直梁的彎曲2.52.5壓桿穩(wěn)定壓桿穩(wěn)定2.1 2.1 物體的受力分析物體的受力分析一、力的概念和基本性質(zhì)一、力的概念和基本性質(zhì)1、力的概念：力是物體對(duì)物體的作用，物體間、力的概念：力是物體對(duì)物體的作用，物體間力的作用是相互的。這種力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)力的作用是相互的。這種力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變或使物體產(chǎn)生變形。發(fā)生改變或使物體產(chǎn)生變形。力的外效應(yīng)：力的外效應(yīng)：使物

5、體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的效使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的效 應(yīng)稱為力的外效應(yīng)。應(yīng)稱為力的外效應(yīng)。力的內(nèi)效應(yīng)：力的內(nèi)效應(yīng)：使物體產(chǎn)生變形的效使物體產(chǎn)生變形的效 應(yīng)稱為力的內(nèi)效應(yīng)。應(yīng)稱為力的內(nèi)效應(yīng)。剛體：剛體：在外力作用下用不發(fā)生在外力作用下用不發(fā)生 變形的物體。變形的物體。工程上作用在構(gòu)件上的力，工程上作用在構(gòu)件上的力，常以下面兩種形式出現(xiàn)：常以下面兩種形式出現(xiàn)：（1）集中力）集中力 一般可以把集中作用在很小面積上的力近似地看一般可以把集中作用在很小面積上的力近似地看成作用在某一點(diǎn)上，稱為成作用在某一點(diǎn)上，稱為，用，用F表示，單位表示，單位N N，KNKN。（2）分布載荷）分布載荷 連續(xù)分布在一定面積

6、或體積上的力稱為連續(xù)分布在一定面積或體積上的力稱為分布載荷分布載荷。如果分布載荷的大小是均勻的就稱為。如果分布載荷的大小是均勻的就稱為均布載荷均布載荷。均布載荷中，單位長(zhǎng)度上所受的力稱為。均布載荷中，單位長(zhǎng)度上所受的力稱為載荷集度載荷集度。用。用q q表示，單位為表示，單位為“N/mN/m，KN/m”KN/m”。2、力的基本性質(zhì)力的基本性質(zhì)力的基本性質(zhì)由力的靜力學(xué)公理來(lái)說(shuō)明。力的基本性質(zhì)由力的靜力學(xué)公理來(lái)說(shuō)明。公理一公理一 二里平衡公理二里平衡公理 作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充作用在剛體上的兩個(gè)力，使剛體保持平衡的必要和充分條件是：這兩個(gè)力的大小相等、方向相反，且作用在同一分

7、條件是：這兩個(gè)力的大小相等、方向相反，且作用在同一直線上。直線上。二力構(gòu)件：二力構(gòu)件：凡是可以不計(jì)自重且只在兩點(diǎn)受力而處于平衡的凡是可以不計(jì)自重且只在兩點(diǎn)受力而處于平衡的 構(gòu)件。構(gòu)件。公理二公理二 力的平行四邊形公理力的平行四邊形公理公理三公理三 加減平衡力系公理加減平衡力系公理 在已知力系上加上或減去任意的平衡力系，不會(huì)改變?cè)谝阎ο瞪霞由匣驕p去任意的平衡力系，不會(huì)改變?cè)ο祵?duì)剛體的作用效應(yīng)。原力系對(duì)剛體的作用效應(yīng)。公理四公理四 作用力與反作用力公理作用力與反作用力公理二、受力圖二、受力圖1、約束及約束反力、約束及約束反力 凡是對(duì)一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)）起限制作用的其凡是對(duì)一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)（

8、運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)）起限制作用的其他物體，都成為這個(gè)物體的約束。他物體，都成為這個(gè)物體的約束。 約束對(duì)被約束物體的作用力稱為約束對(duì)被約束物體的作用力稱為約束反力約束反力，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱反力反力。 能使物體運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力稱為能使物體運(yùn)動(dòng)或有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力稱為主動(dòng)力主動(dòng)力。 （1）柔性約束）柔性約束 繩索、鏈條、膠帶等柔性物體形成的約束繩索、鏈條、膠帶等柔性物體形成的約束 叫柔性約束。叫柔性約束。方向方向 （2）光滑面約束）光滑面約束 不計(jì)摩擦的支撐表面，如導(dǎo)軌、氣缸壁等不計(jì)摩擦的支撐表面，如導(dǎo)軌、氣缸壁等 產(chǎn)生的約束稱為光滑面約束。產(chǎn)生的約束稱為光滑面約束。方向方向沿繩的連線指向繩收沿繩的連線指向繩收縮的

9、方向?？s的方向。通過(guò)接觸點(diǎn)并沿公法線指向被約通過(guò)接觸點(diǎn)并沿公法線指向被約束的物體。束的物體。三、固定鉸鏈約束三、固定鉸鏈約束 方向待定，方向待定，常用水平和常用水平和鉛垂兩個(gè)方鉛垂兩個(gè)方向的分力來(lái)向的分力來(lái)表示。表示。（4）活動(dòng)鉸鏈約束）活動(dòng)鉸鏈約束方向方向沿著支撐面法線通過(guò)鉸沿著支撐面法線通過(guò)鉸鏈中心指向物體。鏈中心指向物體。（5）固定端約束）固定端約束2、受力圖的畫(huà)法、受力圖的畫(huà)法隔離體：從周圍物體中單獨(dú)隔離出來(lái)的研究對(duì)象叫隔離體：從周圍物體中單獨(dú)隔離出來(lái)的研究對(duì)象叫明確研究對(duì)象，解除約束，劃出分離體簡(jiǎn)圖；明確研究對(duì)象，解除約束，劃出分離體簡(jiǎn)圖；在分離體上畫(huà)出全部的主動(dòng)力；在分離體上畫(huà)出全

10、部的主動(dòng)力；在分離體在分離體解除約束處解除約束處，畫(huà)出相應(yīng)的約束反力。，畫(huà)出相應(yīng)的約束反力。例題例題2-12-1、2-22-2。三、三、平面匯交力系平面匯交力系 1、平面匯交力系的簡(jiǎn)化平面匯交力系的簡(jiǎn)化 OCBDAF1F2F4F3F4F1F2F3各力的作用各力的作用線全部匯交線全部匯交于一點(diǎn)于一點(diǎn)2、平面匯交力系的平衡、平面匯交力系的平衡 FX=0 FY=0四、力矩和力偶四、力矩和力偶（注意）（注意）1 1、力矩、合力矩、方向、力矩、合力矩、方向 MO(F)= +Fd 矩心：矩心：構(gòu)件繞之轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)稱為構(gòu)件繞之轉(zhuǎn)動(dòng)的點(diǎn)稱為 力臂：力臂：矩心到力矩心到力F作用線的垂直距離作用線的垂直距離d稱為稱為

11、 合力矩定理：合力矩定理：在平面問(wèn)題中，由分立在平面問(wèn)題中，由分立F F1 1、F F2 2 Fn Fn組組 成的合力成的合力F F對(duì)某點(diǎn)對(duì)某點(diǎn)O O的力矩等于個(gè)分力對(duì)同一點(diǎn)力矩的代數(shù)和。的力矩等于個(gè)分力對(duì)同一點(diǎn)力矩的代數(shù)和。 方向方向：使物體產(chǎn)生：使物體產(chǎn)生逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩為正值；反之為負(fù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的力矩為正值；反之為負(fù)。2 2、力偶、力偶 力偶的概念：力學(xué)上把一對(duì)大小相等、方向相反，作用線力偶的概念：力學(xué)上把一對(duì)大小相等、方向相反，作用線平行且不重合的力組成的力系稱為力偶，用（平行且不重合的力組成的力系稱為力偶，用（F F，F(xiàn) F）表示。）表示。FFdABM=M（F，F(xiàn)）=+Fd方向方向：逆正順負(fù)。：逆正順負(fù)。力偶對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)取決于力偶矩的大小、轉(zhuǎn)向和力偶力偶對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)取決于力偶矩的大小、轉(zhuǎn)向和力偶的作用面，稱這三個(gè)因素為力偶的的作用面，稱這三個(gè)因素為力偶的三要素三要素。力偶的性質(zhì)：力偶的性質(zhì)：力偶無(wú)合力（不平衡的無(wú)法簡(jiǎn)化的力系）力偶無(wú)合力（不平衡的無(wú)法簡(jiǎn)化的力系） 力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)與矩心的位置無(wú)關(guān)力偶的轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)與矩心的位置無(wú)關(guān) 力偶的等效