化工設(shè)備機械基礎(chǔ)

化工設(shè)備機械基礎(chǔ)*山東理工大學化工學院第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院緒論一、目的和意義建立化學工程師與機械工程師之間的橋梁具備基本工程力學知識，了解化工設(shè)備常用材料特性，掌握化工設(shè)備的設(shè)計計算，及典型機械傳動培養(yǎng)復合型人才第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院二、主要內(nèi)容及學時安排第一篇工程力學16學時第二篇化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)20學時第三篇機械傳動12學時第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院第一篇工程力學靜力學：研究物體機械運動一般規(guī)律材料力學：研究構(gòu)件承載能力（強度剛度穩(wěn)定性）構(gòu)件承受荷載能力衡量：1．強度：構(gòu)件抵抗破壞的能力2．剛度：構(gòu)件抵抗變形的能力3．穩(wěn)定性：構(gòu)件保持原有平衡形態(tài)能力第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院工程力學基本內(nèi)容物體的受力分析——靜力學（研究外力）材料力學（研究內(nèi)力）拉伸壓縮與剪切扭轉(zhuǎn)彎曲壓力狀態(tài)分析疲勞本篇內(nèi)容特點：1、概念多2、形象思維3、是后續(xù)篇章的基礎(chǔ)第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院化工裝備事故分析與預防——劉相臣第一章概論

化工設(shè)備與機器安全運行在生產(chǎn)中重要地位

化工設(shè)備與機器事故的現(xiàn)狀分析

材料選擇在化工設(shè)備與機器安全的重要作用第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院第三章化工設(shè)備與機器事故統(tǒng)計分析

塔槽釜爆炸事故加熱爐爆炸廢熱鍋爐事故

管道破裂與爆炸事故離心機事故

汽輪機葉片、圍帶損壞事故統(tǒng)計分析

第四章典型重大事故案分析

氫分塔爆炸

液氯鋼瓶爆炸

氨冷器爆炸事故

聚氯乙烯聚合釜超壓爆炸

化工裝備事故分析與預防——劉相臣第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院化工事故江蘇射陽臨海鎮(zhèn)氟源化工有限公司氯化反應器在試生產(chǎn)過程中發(fā)生爆炸，繼而發(fā)生連續(xù)爆炸，造成硝化、氯化兩個車間廠房全部倒塌，在場的公司董事長、總經(jīng)理、分管副總經(jīng)理以及生產(chǎn)技術(shù)人員22人死亡，29人受傷。

第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院吉林石化爆炸就是一次“人禍”。事故直接原因是由于當班操作工停車時，疏忽大意，未將應關(guān)閉的閥門及時關(guān)閉，誤操作導致進料系統(tǒng)溫度超高，長時間后引起爆裂，隨之空氣被抽入負壓操作的T101塔，引起T101塔、T102塔發(fā)生爆炸，隨后致使與T101、T102塔相連的兩臺硝基苯儲罐及附屬設(shè)備相繼爆炸，隨著爆炸現(xiàn)場火勢增強，引發(fā)裝置區(qū)內(nèi)的兩臺硝酸儲罐爆炸，并導致與該車間相鄰的55#灌區(qū)內(nèi)的一臺硝基苯儲罐、兩臺苯儲罐發(fā)生燃燒第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院外力與內(nèi)力的關(guān)系外力是內(nèi)力的誘因內(nèi)力是外力的表現(xiàn)化工機械主要研究內(nèi)力力的機械作用對物體產(chǎn)生兩種效應：使物體運動狀態(tài)發(fā)生改變，即外效應；使物體發(fā)生變形，即內(nèi)效應。學會外力分析是學習化工機械的關(guān)鍵和基礎(chǔ)第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院第一章物體的受力分析和靜力平衡方程基本內(nèi)容：研究力系的簡化和平衡靜力學基本概念：力剛體平衡約束和約束反力分離體和受力圖分力與合力力矩力偶力系的簡化平面力系空間力系第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.1靜力學基本概念力:物體間的機械作用；力的三要素：大小方向作用點力是矢量；黑體字母表示Fq(x)NPaAB

第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院FF2力的基本性質(zhì)可傳性只適用于剛體成對性:作用力與反作用力可合性可分性可消性FAABF1BF1第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院剛體：在力的作用下，不發(fā)生變形的物體靜力學中討論的對象均可視為剛體平衡：物體處于相對靜止或做勻速直線運動二力平衡原理：大小相等方向相反作用在同一條直線上

加減平衡力系原理——力的可傳性第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院二力構(gòu)件：只受兩個力作用而處于平衡的構(gòu)件

加減平衡力系原理：在剛體上加上或減去一個平衡力系，并不改變原力系對剛體的作用效果辨析題：若一根桿只受二力作用，則稱它為二力桿第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.2約束和約束反力主動力和約束反力互為作用力與反作用力第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院柔索約束特點：只能阻止物體沿柔索伸長方向運動第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院柔索約束第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院理想光滑平面約束約束反力通過接觸點并沿改點的公法線方向指向所研究物體公切線約束反力第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院圓柱鉸鏈約束圓柱鉸鏈約束可動鉸支座固定鉸支座FRFyFx產(chǎn)生通過銷釘中心，沿接觸點公法線方向的約束反力第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.3分離體和受力圖受力圖的畫法和注意事項1、確定研究對象，解除約束，取分離體2、先畫出作用在分離體上的主動力，再根據(jù)約束的性質(zhì)在解除約束處畫出約束反力3、畫系統(tǒng)中各物體的受力圖時，要利用相鄰物體間作用力與反作用力之間的關(guān)系。第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.3分離體和受力圖分離體：將研究對象從與其聯(lián)系的物體中分離出來（桿板塊）受力圖：表示分離圖及其受力的圖形F300FyAFxAA300BFR例題1：畫出梁的受力圖第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院例題2托架受力分析GABCGFNCAFyCFxCFA’ABFAFBFxCCAFyCBFB管水平桿支桿托架第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院受力圖的畫法和注意事項確定研究對象，解除約束，取分離體先畫出作用在分離體上的主動力，再根據(jù)約束的性質(zhì)在解除約束處畫出約束反力畫系統(tǒng)中各物體的受力圖時，要利用相鄰物體間作用力與反作用力之間的關(guān)系。第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.4力的投影合力投影定理力系的簡化和平衡方法：幾何法

解析法力的合成與分解力的投影概念：力的兩端向坐標軸做垂線得垂足，連接兩個垂足的線段稱為力在坐標軸上的投影規(guī)定與x軸正向夾角為αxyBAα第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院合力投影定理合力在某一軸上的投影等于各分力在同一軸上投影的代數(shù)和設(shè)有一力系F1、F2、…、Fn其在直角坐標軸上的投影分別為Fx1、Fx2、…、Fxn，F(xiàn)y1、Fy2、…、Fyn，該力系的合力為FR,其在直角坐標系的投影為FRx,FRy第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院例題受力分析一簡易起重機裝置，重量G=2kN。試求當重物被勻速提升時，桿AB、AC所受的力。第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.5力矩力偶當作用力不通過剛體的質(zhì)心或剛體上的固定支點時，力可以使剛體轉(zhuǎn)動。用力矩表示。力偶可以可作是兩個力矩的耦合。力矩：力對O點矩是力使物體繞O轉(zhuǎn)動效應的度量力偶：作用在同一物體上等值、反向、不共線的一對平行力第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院力矩O為質(zhì)心或固定點，稱為力矩中心，簡稱矩心d為作用力到矩心的距離力矩單位第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院力偶的性質(zhì)（1）力偶無合力。力偶不能用一個力來等效，也不能用一個力來平衡?？梢詫⒘土ε伎闯山M成力系的兩個基本物理量。（2）力偶對其作用平面內(nèi)任一點的力矩，恒等于其力偶矩。第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院力偶的性質(zhì)3）力偶的等效性力偶的等效性——作用在同一平面的兩個力偶，若它們的力偶矩大小相等、轉(zhuǎn)向相同，則這兩個力偶是等效的。力偶的等效條件：1）力偶可以在其作用面內(nèi)任意移轉(zhuǎn)而不改變它對物體的作用。即力偶對物體的作用與它在作用面內(nèi)的位置無關(guān)。2）只要保持力偶矩不變，可以同時改變力偶中力的大小和力偶臂的長短，而不會改變力偶對物體的作用。第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院M力偶不能用單獨的一個力來平衡，為什么上圖的輪子又能平衡呢？第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.6力的平移把作用在剛體上的一個力，從原位置平移到該剛體的另一個位置。平移定理：作用在剛體上的力F可以平移到剛體上任一點，但同時必須附加一個力偶，其力偶矩等于等于原力F對新作用點的力矩？？？？一個力可以和一個力與力偶等效第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院疑問力矩與力偶矩的異同？都是力與作用距離的乘積單位相同都能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果

第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.7平面力系的簡化平面力系：所有力的作用線在同一個平面內(nèi)平面力系向其作用面內(nèi)任一點簡化的結(jié)果是使原力系簡化為一個通過簡化中心的主矢量和F’R一個簡化中心的主矩MO

第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院

α——主矢量與x軸的夾角Mo——平面一般力系的主矩主矩=各附加力偶矩的代數(shù)和。Mo=Mo(F1)+Mo(F2)+---+Mo(Fn)

第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院簡化的結(jié)果F'R=0,Mo≠0F'R≠0,Mo=0F'R≠0,Mo≠0F'R=0,Mo=0(平衡力系)F’RMO第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院固定端約束ABFABFMAFyAFxA固定端的約束反力有三個：限制移動的反力FxA、FyA與限制繞嵌入點轉(zhuǎn)動的反力偶MA第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院合力矩定理合力矩定理：平面（匯交）力系的合力對平面內(nèi)任一點之矩，等于各分力對同點之矩的代數(shù)和。證明：在物體上A點作用有平面力系F1、F2合力F可由力系的合成求得。設(shè)與x軸的夾角分別為a1和a2，則它們的力矩分別為合力F的力矩為由合力定理可知=+yOAxF1F2第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院例題1-4解：該梁在A點處受力為零，B處為q，呈線性分布，所以當取A為坐標原點，AB與x軸正向重合，則

合力合力矩作用線位置dxABqFxC第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.8平面力系的平衡方程物體在平面力系作用下處于平衡的充要條件是：作用于該物體上力系的主矢量和該力系對任一點的主矩都等于零第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院例題1-8aaaFFFXAFYAFYBFXB第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院FXAFYAC第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院求解物體平衡物體的方法和步驟①確定研究對象，取分離體，畫受力圖②選取合適的坐標軸，列靜力學平衡方程。坐標軸應盡量與較多的力平行或垂直；矩心盡量選擇在未知力作用線的交點上。③解平衡方程，求出未知量。第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院例題塔式起重機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。設(shè)機架重力G=500kN，重心在C點，與右軌相距a=1.5m。最大起吊重量P=250kN，與右軌B最遠距離l=10m。平衡物重力為G1

，與左軌A相距x=6m，二軌相距b=3m。試求起重機在滿載與空載時都不至翻倒的平衡重物G1

的范圍。解：空載時以A為力矩中心，滿載時以B為力矩中心第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.9空間力系空間力系：各力作用線不在同一平面內(nèi)的力系一、力在直角坐標軸上的投影一次投影法：力與三個坐標軸的夾角已知二次投影法：已知力與xy面夾角和投影到xy平面上力與x軸的夾角。第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院§1.9空間力系空間力系：各力作用線不在同一平面內(nèi)的力系一、力在直角坐標軸上的投影一次投影法第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院二次投影法有些時候，需要求某力在坐標軸上的投影，但沒有直接給出這個力與坐標軸的夾角，而必須改用二次投影法。

oFθFxFzFxy

y第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院二次投影法:若已知力F與z軸的夾角為，力F和z軸所確定的平面與x軸的夾角為，可先將力F在oxy平面上投影，然后再向x、y軸進行投影。

oyzF

FxFyFzFxy

則力在三個坐標軸上的投影分別為

：x若已知力在三個坐標軸上的投影Fx、Fy、Fz，也可求出力的大小和方向，即:第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院力對軸的矩剛體繞定軸轉(zhuǎn)動門上作用一力F，使其繞固定軸z轉(zhuǎn)動。Fxy對z軸之矩就是力F對z軸之矩,用Mz（F）表示。則：第50頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院2.力對軸之矩

OFxyd規(guī)定：從z軸正端來看，若力矩逆時針，規(guī)定為正，反之為負。

AxyFxFyab

=Fx?b+Fy?a第51頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月*山東理工大學化工學院2.力對軸之矩合力矩定理：如一空間力系由F1、F2、…、Fn組成，其合力為FR，則合力FR對某軸之矩等于各分力對同一軸之矩的代數(shù)和。

第52頁，課件共