作品名稱《臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立》

作品名稱：《臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立》所屬一級(jí)學(xué)科：機(jī)械工程（機(jī)械類）所屬專業(yè)：過程裝備與控制工程專業(yè)所屬課程：《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》適用對(duì)象：機(jī)械類專業(yè)本科生、化工類專業(yè)本科生教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)背景《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門主要的專業(yè)核心課程。臥式儲(chǔ)罐是重要且應(yīng)用廣泛的過程設(shè)備之一。廣泛應(yīng)用于石油、化工、食品、制藥、輕工、能源、環(huán)保等行業(yè)。一般用于儲(chǔ)存氣體、液體、液化氣體等介質(zhì)，例如：氫氣儲(chǔ)罐、液化石油氣儲(chǔ)罐、石油儲(chǔ)罐、液氨儲(chǔ)罐等。因此，臥式儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)是《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》課程的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，也是一個(gè)知識(shí)點(diǎn)較多、內(nèi)容較復(fù)雜的難點(diǎn)問題。根據(jù)設(shè)備或裝置的結(jié)構(gòu)及其所受載荷，對(duì)其建立力學(xué)模型、進(jìn)行受力分析和強(qiáng)度計(jì)算及校核，是所有機(jī)械設(shè)備和機(jī)械裝置設(shè)計(jì)的主要步驟及內(nèi)容，當(dāng)然也是過程設(shè)備設(shè)計(jì)的主要步驟及內(nèi)容。綜合上述因素，選擇《臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立》作為講課的主題，不但是專業(yè)主要核心課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，而且是具有代表性和典型意義的內(nèi)容，對(duì)提高專業(yè)的本科教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，甚至是對(duì)提高機(jī)械學(xué)科的本科教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，都具有一定的典型示范效應(yīng)。二、教學(xué)目標(biāo)《臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立》這部分教學(xué)內(nèi)容，要講解的概念和要求學(xué)生理解和掌握的知識(shí)點(diǎn)比較多，內(nèi)容比較復(fù)雜，而且有一定的難度。要講解的概念主要有：臥式儲(chǔ)罐的載荷分析，包括載荷類型、載荷形成的原因、對(duì)臥式儲(chǔ)罐強(qiáng)度影響的程度及取舍等；臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定，包括雙鞍座結(jié)構(gòu)、鞍座位置的確定、可動(dòng)鞍座結(jié)構(gòu)以適應(yīng)臥式儲(chǔ)罐熱脹冷縮時(shí)沿長度方向的伸縮變形、凸形封頭結(jié)構(gòu)、臥式儲(chǔ)罐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定等；要求學(xué)生理解和掌握的知識(shí)點(diǎn)主要有：受均布載荷外伸簡支梁的定義及應(yīng)用，包括按體積相等原理將凸形封頭轉(zhuǎn)變?yōu)橥睆綀A柱筒、外伸簡支梁長度的確定、單位長度均布載荷q的來源及計(jì)算、支座反力的計(jì)算、為什么將臥式儲(chǔ)罐轉(zhuǎn)變?yōu)槭芫驾d荷外伸簡支梁的理論依據(jù)等；液體靜壓力對(duì)封頭形成一個(gè)力矩的分析和計(jì)算，包括液體靜壓力合力計(jì)算、液體靜壓力合力偏離臥式儲(chǔ)罐軸線的距離、液體靜壓力對(duì)封頭形成力矩的計(jì)算；作用于凸形封頭上的總重力（包含物料重力）的計(jì)算、總重力從封頭重心位置平行位移至圓柱筒端部及其附加的力矩計(jì)算、對(duì)應(yīng)于凸形封頭部分的梁段的去除等。教學(xué)重點(diǎn)：臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型建立過程。教學(xué)難點(diǎn)：液體靜壓力對(duì)封頭形成力矩的計(jì)算；作用于凸形封頭上的總重力（包含物料重力）從封頭重心位置平移至圓柱筒端部及其附加的力矩計(jì)算。通過本次課程的教學(xué)，要求學(xué)生：1、熟悉臥式儲(chǔ)罐的載荷分析，能夠正確確定和計(jì)算各類載荷；2、掌握臥式儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定；3、掌握按體積相等原理將凸形封頭轉(zhuǎn)變?yōu)橥睆綀A柱筒的方法，確定外伸簡支梁長度的長度；4、掌握單位長度均布載荷q的來源及計(jì)算、支座反力的計(jì)算；5、掌握液體靜壓力對(duì)封頭形成一個(gè)力矩的分析和計(jì)算；6、掌握作用于凸形封頭上的總重力（包含物料重力）的計(jì)算、總重力從封頭重心位置平移至圓柱筒端部及其附加的力矩計(jì)算；7、理解為什么將臥式儲(chǔ)罐轉(zhuǎn)變?yōu)槭芫驾d荷外伸簡支梁的理論依據(jù)。三、教學(xué)方法由于要講解的概念和要求學(xué)生理解和掌握的知識(shí)點(diǎn)比較多，內(nèi)容比較復(fù)雜，而且有一定的難度，所以，必須對(duì)教學(xué)課件內(nèi)容進(jìn)行精心的編排設(shè)計(jì)，并采用適宜的教學(xué)方法和教學(xué)手段，才能收到滿意的教學(xué)效果。1、分解難點(diǎn)。象抽絲剝繭一樣，層層分解，每一層解決三至五個(gè)問題，而且解題的脈絡(luò)是由易到難，由淺入深，步步逼近，直至將整個(gè)難題講清吃透，最后歸納總結(jié)。不僅讓學(xué)生理解掌握，而且解決問題的方法有可操作性，便于學(xué)生舉一反三，學(xué)到一類問題的解決方法。具體的內(nèi)容編排設(shè)計(jì)是：設(shè)三個(gè)一級(jí)標(biāo)題，即：一、臥式儲(chǔ)罐的載荷分析；二、臥式儲(chǔ)罐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定；三、臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立過程。前兩個(gè)一級(jí)標(biāo)題的內(nèi)容是為力學(xué)模型的建立做條件準(zhǔn)備工作的，完成了講解概念的任務(wù)。重點(diǎn)和難點(diǎn)在第三個(gè)一級(jí)標(biāo)題。第三個(gè)一級(jí)標(biāo)題下分出三個(gè)二級(jí)標(biāo)題，分別是：1、從臥式儲(chǔ)罐到受均布載荷的外伸簡支梁；2、考慮液體靜壓力對(duì)封頭的力矩等；3、雙鞍座臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型。而1、2兩個(gè)二級(jí)標(biāo)題下又分別列出了三個(gè)和兩個(gè)三級(jí)標(biāo)題，分別講解了四個(gè)和兩個(gè)較難的知識(shí)點(diǎn)。最后是小結(jié)，歸納總結(jié)了臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立全過程。用方框圖將內(nèi)容編排設(shè)計(jì)表示如下：小結(jié)：歸納總結(jié)臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立全過程（2）將作用于封頭形心的封頭（含物料）重力平移至圓筒端部，并加上附加力矩（1）作用于凸形封頭上的液體靜壓載荷，對(duì)凸形封頭形成一個(gè)力矩（1）外伸簡支梁的長度（2）均布載荷q與支座反力F（3）為什么將臥罐轉(zhuǎn)化為簡支梁2、考慮液體靜壓力對(duì)封頭的力矩等小結(jié)：歸納總結(jié)臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立全過程（2）將作用于封頭形心的封頭（含物料）重力平移至圓筒端部，并加上附加力矩（1）作用于凸形封頭上的液體靜壓載荷，對(duì)凸形封頭形成一個(gè)力矩（1）外伸簡支梁的長度（2）均布載荷q與支座反力F（3）為什么將臥罐轉(zhuǎn)化為簡支梁2、考慮液體靜壓力對(duì)封頭的力矩等3、雙鞍座臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型1、從臥式儲(chǔ)罐到受均布載荷的外伸簡支梁一、臥式儲(chǔ)罐的載荷分析二、臥式儲(chǔ)罐主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定三、臥式儲(chǔ)罐力學(xué)模型的建立過程 2、采用實(shí)物照片、多用插圖，在增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，直觀地用圖來分析和講解抽象的概念和理論問題。3、采用通俗易懂的形象化的語言并結(jié)合肢體語言進(jìn)行比喻和講解。四、教學(xué)總結(jié)在學(xué)校教務(wù)處相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師、學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師及本專業(yè)相關(guān)老師等的指導(dǎo)和幫助下，在本專業(yè)相關(guān)學(xué)生的配合下，通過自身的努力，這次