过程设备机械设计基础.ppt

《过程设备机械设计基础.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程设备机械设计基础.ppt（49页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、过程设备机械设计基础,总复习,内容纵览,绪论,静力学,材料力学,常用材料,机械传动,压力容器,压力管道,总结,软件介绍,第一章 过程设备总论,重中之重 对过程设备的分类要比较明确 习题举例： 1. 除雾器的作用是除去气体中悬浮着的液体颗粒，按照过程设备的分类标准，它属于 。（单选题） a）化学反应设备 b）分离设备 c） 物料输送设备 d）传热设备 2 下面属于分离设备的有 。（多选题） A 精馏塔 B 斗式提升机 C 锅炉 D 除雾器 3.按照过程设备的分类标准，锅炉属于 。(单选) a）化学反应设备 b）分离设备 c） 物料输送设备 d）传热设备,除雾设备属气液分离设备，作用是除去气体中的

2、液体颗粒,第二章第六章重中之重,掌握静力学的基本分析方法 掌握约束的主要类型和力学特点 针对不同外力作用下的构件，掌握 内力/外力/变形分析和计算方法 应力和应变的计算方法 掌握强度计算公式，能够进行三方面工作 新构件设计， 强度校核和 最大承载能力的计算 掌握材料基本力学性能及其测试方法 掌握压杆失效的不同形式，并分析和计算,第二章第六章习题举例,选择题（单/多） 1. 如图所示，问吊钩的A-A截面受 。 a) 扭矩 b) 剪力 c) 弯矩+拉力 d) 扭矩+拉力 2 两端铰支细长压杆，如在中间加一铰支承，则欧拉临界应力是原来的 倍。 a） 0.5 b） 1 c） 2 d） 4 3. 直杆在

3、外力作用下，长度会伸长，截面积减小，那么其体积是否发生变化? a） 增加 b） 减小 c） 不变 d）不确定,欧拉公式,泊松比对受力构件的影响,泊松比通常在00.5之间，所以当杆件受到拉力作用时，体积总是增大的； 反之，受到压缩时体积总是缩小的。 泊松比=0.5时, V=0，即体积基本不变。 只在弹性范围内成立。,4. 一纯弯曲的铸铁梁如图，采用T型梁，其最合理的放置方式是 。,5. 对压杆进行稳定计算时，若满足条件：，则杆件为细长杆，可以用欧拉公式计算得到临界应力，如果采用直线公式计算，得到的临界应力将 压杆的实际的临界应力。（多选） a） 大于 b） 小于 c） 安全 d）危险,铸铁属于脆

4、性材料，抗拉强度低，抗压强度高，书图3-17b， 梁在外力作用下，下边受拉，上边受压， 所以下边必须有较多的材料，横在下边，竖在上边，充分发挥材料的作用； 由于T形梁的中性轴不在竖的中部而是靠近横，所以将横放在下面，可以降低拉应力。,6 a 指出图中的二力构件 . A AC B BC C AB D CD,6 b 满足三力平衡汇交定律的构件为 。 A AC B BC C AB D CD,二力杆件/二力构件 若一个刚体受到两个力作用处于平衡状态，不管该刚体是何形状，则这两个力的大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。这种受到二力作用而平衡的构件称为二力杆件。 二力杆件不一定是直杆。 三力平衡汇交定

5、律 当刚体在三力作用下处于平衡时，若其中两力的作用线相交于一点，则第三力的作用线必通过该点，且三力共面。,7 指出图中满足三力平衡汇交定律的构件 。,8 下列那些说法是正确的 。 A 力矩的大小与矩心有关； B 力偶矩的大小与矩心有关 C力矩和力偶矩的大小都与矩心无关 D 力矩和力偶矩的大小都描述了外力对构件的转动效果。 9 工作温度由常温升高到500度时，25号钢 。 力学性能也随之降低。 A 屈服强度 B 泊松比 C 延伸率 D 断面收缩率 10 直杆拉伸时，下面有关直杆横截面上的应力的说法哪些是正确的？ A 正应力不等于零； B 剪应力不等于零； C 正应力等于零； D 剪应力等于零。,

6、力矩是用来描述一个外力使物体绕某一点转动的效果。由于选择点不同，力矩的大小也不相同。 力偶矩是用来描述力偶（两个力）使物体转动效果的物理量。由于这两个力大小相等，方向相反，所以这一对力使物体的转动效果（力偶矩）等于两个力分别对平面上任意一点的力矩之代数和。 因此，力偶矩的大小与矩心无关，事实上，在讨论力偶矩时，一般不涉及矩心。,力偶矩：MF.d,力矩：Mo(F) F.d,任意截面上的正应力和剪应力,11钢材的弹性模量通常为 GPa左右 。 a） 2 b） 70 c） 110 d） 200 12. 对于两端铰支的细长压杆，如果长度缩短为原来的一半后仍然为细长压杆，则缩短后的临界压力与没有缩短时的

7、临界压力相比 。 a） 有所提高 b）有所降低 c）保持不变 d）不能确定 13钢材的弹性模量通常为 200 左右 。 a） Pa b） KPa c） MPa d） GPa 14. 钢材的泊松比约为 。 a）0.2 b）0.3 c）0.4 d）0.5,钢材主要力学性能：弹性模量200GPa。泊松比0.3，屈服强度150600MPa， 铝材主要力学性能：弹性模量71GPa。泊松比0.33，屈服强度100400MPa， 学习时注意单位和数量级。 泊松比通常小于0.5,橡胶的泊松比较大，通常在0.45以上。 正确理解和把握材料的拉伸曲线和应力应变曲线,判断题 （ ）1、力偶无合力，因此它是平衡力系。

8、 （ ）2、二力杆件所受力的方向沿着杆线。 （ ）3、二力杆件是指受到一对平衡力作用的直杆。 （ ）4、梁的一端为固定端约束，在该约束处的挠度等于零、但是转角不等于零。 （ ）5、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力必然为0。 （）6、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯截面模量愈大，能承受的弯矩愈大。,（ ）7、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所以可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。 （ ）8、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。 （ ）9、如果梁的某一段上没有载荷作用，那么这段梁上的剪力必然为0。 （）10、梁的抗弯截面模量反映了梁的抗弯能力，抗弯

9、截面模量愈大，能承受的弯矩愈大。 （ ）11、如果梁的一端为固定端约束，那么在该约束处梁的挠度一定等于零、但是转角不一定等于零。 （ ）12、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所以可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。,（ ）12、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。 （ ）14、如果梁的一端为固定端约束，那么在该约束处梁的挠度一定等于零、但是转角不一定等于零。 （ ）15、细长杆的失稳是由于杆的材料强度极限不足引起的，所以可以采用强度较高的材料，如高强钢来改善杆的稳定性。 （ ）16、力偶的合力为0，因此它是平衡力系。,1 二力杆件：准确地说，应该是二力构件，是指在两个

10、外力的作用下，处于平衡状态的构件。该构件可以是杆件，也可以是其他形式，如球，或者不规则形状。 2 正确的表述；二力杆件所受力的方向沿着力作用点连线方向。 3 细长杆的稳定性仅仅与材料的弹性模量有关，所以采用弹性模量较高的材料有助于提高或者改善杆的稳定性。 4 中长杆的稳定性与材料的强度有一定关系，采用高强钢代替普通钢在一定程度上有助于提高和改善其稳定性。 5 力偶的合力为零但是合力矩不等于0，所以物体将发生转动而不是处于平衡状态，故力偶不是平衡力系。,计算题,2-1(a) 提示1：该题主要考察同学们对三力平衡汇交定律的掌握程度 提示2：要求正确画出未知力的方向,N1,N2,2-1（b) 提示1

11、：该题主要考察同学们对三力平衡汇交定律的掌握程度 提示2：要求正确画出未知力的方向,2-7 提示：利用三力汇交可以直接确定A铰的受力方向。 答案,RAx,RAy,RA,RD,RAx=F,Ray=F/2,RD=F/2,2-13 提示：注意用三力平衡汇交定律 这里给出(a)的受力分析图,3-1 （a） 提示： 注意轴力图上标示出力的大小， 方向以及与构件的位置对应关系,3-1（b）,提示： 注意轴力图上标示出力的大小， 方向以及与构件的位置对应关系,计算题,1 试写出下列各梁的剪力方程和弯矩方程，作剪力图和弯矩图。,题图a,题图b,解答a,解答b,2 图示销钉联接，P=18kN，板厚t1=8mm，

12、t2=5mm，销钉与板的材料相同，许用剪应力=60MPa, 许用挤压应力 jy=200MPa, 销钉直径d=16mm，试校核销钉强度。 解答 200MPa 200MPa 60MPa 故 销钉安全。,3 试分析和比较图中两种齿轮的布局，哪一种布局对提高传动轴强度有利？已知：T1=T2+T3。 解答 对于a，最大扭矩为T1=T2+T3, 对于b，最大扭矩为T2和T3中的较大值，显然小于T1, 所以更为合理。,第七章重中之重,碳钢的分类和主要用途 合金钢的分类和主要用途 铸铁的分类 有色金属材料的分类 非金属材料举例 钢材的热处理方式和工艺和效果 腐蚀产生原因及防护措施 综合说明过程设备材料选择原则

13、,第七章习题举例,判断题 （） 1、齿轮的热处理方法通常为正火或调质，这样处理后，齿面硬度会增高。 （ ） 2、不锈钢是指成分中含有Cr的合金钢，如2Cr13等。 选择题 1. 不锈钢2Cr13的名义含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013% 2某材料的牌号为16MnR，该材料的名义含碳量为 。 a） 16% b）1.6% c) 0.16% d) 0.016% 3某钢材材料的牌号为45，根据该材料的名义含碳量可以知道这种钢属于 。 a）高碳钢 b）中碳钢 c) 低碳钢 d) 不能确定,4. 钢号为2Cr13的钢材，是一种 。 a）优质碳素结构钢 b）合金结

14、构钢 c）不锈钢 d） 工具钢 5钢材的弹性模量通常为 GPa左右 。 a） 2 b） 70 c） 110 d） 200 6. 不锈钢1Cr13的名义含Cr量是 。 a） 13% b）1.3% c) 0.13% d) 0.013% 7某钢材材料的牌号为65，根据该材料的名义含碳量可以知道这种钢属于 。 a）高碳钢 b）中碳钢 c) 低碳钢 d) 不能确定 8钢材的弹性模量通常为 200 左右 。 a） Pa b） KPa c） MPa d） GPa,钢铁材料常用热处理方式有四种，即退火，正火，淬火和回火。 退火：将构件加热到一定温度以上保温后随炉冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺；

15、效果：强度硬度下降，塑性韧性提高； 正火：将钢加热到临界点以上后保温，然后在空气中冷却，从而得到细片状珠光体组织的热处理工艺； 效果：最终热处理，综合性能较好； 淬火：将钢加热到临界点以上后保温后得到奥氏体，然后在水等中快速冷却获得马氏体的热处理工艺； 效果：强度和硬度增加，塑性和韧性变差。 回火：将钢加热到一定温度后保温，以适当方式冷却至室温，获得预期性能的过程。 效果：消除应力，稳定组织，降低脆性。,优质碳素钢：按含碳量分为低碳，中碳，高碳钢三种； 低碳钢：08，10，15，20 中碳钢：25，30，35，45，50，55 高碳钢：60，65，70 不锈钢：包括铬不锈钢，铬镍不锈钢和节镍不

16、锈钢。 铬不锈钢：含铬量要大于11.7%,如2Cr13 铬镍不锈钢: 18-8（0Cr18Ni9) 节镍不锈钢:Cr18Mn8Ni9 普通低合金钢：16MnR,第八 十一章重中之重1,压力容器常用零部件分类，名称，用途 压力容器的分类标准与分类 边缘应力产生原因及其工程处理方法 内压薄壁圆筒/球形容器应力计算 内压容器强度公式及其三个应用 容器壁厚设计 容器强度校核 容器最大承载能力计算,第八十一章重中之重2,外压容器的主要失效方式及其表现 提高外压容器稳定性的措施 加强圈的作用和安放 压力容器的安全使用与管理 管理依据 设计监测 制造监测 管道分类与管道表面色,第八十一章习题举例,判断题 （

17、 ） 1、球形壳体的周向应力与径向应力相等。 （） 2、过程设备通用零部件基本参数是公称直径和公称压力。 （）3、截止阀和节流阀的结构基本相同，但是作用不同。 （ ）4、承重的管架应该安装在远离设备管嘴的地方，以免影响管嘴的安装。 （ ）5、管道表面色必须按照生活习惯进行涂刷。 （）6、按压力容器安全监察规程容器分为一、二、三类容器，其中三类容器最危险。 （）7、公称压力与公称直径相同的容器法兰与管道法兰不可以互用。 （）8、鞍式支座通常成对使用，但是两个支座结构不完全相同。 （）9、设置加强圈的主要目的是提高筒体的刚度。 （ ）10、密封性要求高的设备，气压试验合格后，没必要进行气密性试验。

18、,选择题（单/多） 1.压力管道的公称直径指的是管道的 。 a）内径 b）外径 c）中径 d）不是内径也不是外径 2受内压的球形压力容器，其应力的特点是 。 a) 环向应力与经向应力相等 b）环向应力是经向应力的两倍 c) 经向应力是环向应力的两倍 d) 环向应力与经向应力均为零 3适用于高大直立容器的支座有 。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座 4. 球形封头是各种封头中结构最 ，受力状态 。 a）复杂 b）简单 c）常用 d）不受推荐 a）较好 b）复杂 c）较差 d）与平板封头一样,5. 汽车罐车常用来运输液氨、汽油和液化石油气等危险品，属于移动压力容器。按压力容

19、器安全技术监察规程，该容器的类别为 。 a）类 b）类 c）类 d)不属该规程管辖范围 6受内压的球形压力容器，其应力的特点是 。 a) 环向应力与经向应力相等 b）环向应力是经向应力的两倍 c) 经向应力是环向应力的两倍 d) 环向应力与经向应力均为零 7适用于卧式容器的支座有 。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座 8. 汽车罐车常用来运输液氨、汽油和液化石油气等危险品，属于移动压力容器，按压力容器安全技术监察规程，该容器的类别为 。 a）类 b）类 c）类 d)不属该规程管辖范围,9.采用无缝钢管制造的压力容器的公称直径指的是管道的 。 a）内径 b）外径 c）中径

20、 d）不是内径也不是外径 10. 有一400m3的球形储罐，罐内介质为液化石油气，按压力容器安全监察规 程，该容器的类别为 。 a）类 b）类 c）类 d)不属该规程管辖范围 11适用于卧式容器的支座有 。 a）耳式支座 b）鞍式支座 c）裙式支座 d）支腿式支座 12.压力管道的公称直径指的是管道的 。 a）内径 b）外径 c）中径 d）不是内径也不是外径,计算题,1一球形内压薄壁容器，资料都已丢失，现测得其内径Di=10m，壁厚t=22mm，焊缝都为对接焊100%无损探伤合格，球形壳体的钢材被证实为Q235，其许用应力=157MPa。（1）若用此球形容器储存1.2 MPa的压缩气是否安全？（2）若要储存2MPa的压缩气，筒体选用多厚的钢板才安全? （容器的负偏差取C1=1.0mm，钢板常用的厚度为16、18、20、22、25、28、30、32、36，单位：mm） 已知球形内压薄壁容器的许用压力PW=,解答 解：（1）容器的许用压力Pw= 由题可知：te=tn-C=22-2=20mm =157MPa =1.0 Di=10103mm Pw= =1.25MPa Pw=1.2MPaPW 可以用该储罐储存 （2）t=31.95mm td=t+C=31.95+1+1=33.95mm tn=td+圆整量=36mm 筒体应选用36mm钢板,祝同学们考试,取得好成绩,