化工机械力学基础1解析
化工设备机械基础-总复习解析
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2. 梁的内力 剪力：截面被剪断的趋势，剪力大小等于这个截面之左（或右） 所有外力的代数和； 弯矩：梁的横截面产生转动而弯曲的趋势，梁的任一截面之左 （或右）所有外力（包括力偶）对该截面形心之矩的代数和。
【重点强调】一般在所求内力的横截面上把内力（Q、M）假 设为正号。如果计算结果为正值，则表示假设的内力方向（转 向）是正确的，求得的Q、M即为正的剪力和正的弯矩。
5
第二章 拉伸与压缩(变形体－杆)
1.杆件的基本变形 拉伸或压缩 、弯曲、剪切、 扭转
2.内力的概念 工程力学上把构件不受外力作用时的内力看作是零，而把外 力作用后引起的内力变化量（附加内力）。内力可以是力， 也可以是力偶。 截面法求内力 ⑴ 在所求内力的截面处，假想地用一平面将杆件切成两段； ⑵ 取任一段为研究对象，而把另一段对该段的作用以内力代 替，并在截面上画出，使其与作用在该段上的外力相平衡； ⑶ 利用静力平衡方程求解内力。 ⑷ 画轴力图
3.受力图 取分离体(分析对象)，解除约束，在被约束处代之以约束反 力；画上主动力。
2
4.平面汇交力系的平衡条件－解析法 4.1 合力投影定理：力系的合力在某一轴上的投影，等于该力 系中的各力在同一轴上投影的代数和。
4.2 平面汇交力系平衡的充要条件是合力为零： ∑Fx=0 & ∑Fy =0
《化工机械基础》讲稿1
第一篇工程力学基础概述工程力学是一门研究物体机械运动以及构件强度、刚度和稳定性的科学。
力是物体间相互的机械作用。
作用在物体上的力会引起两种效应：一是引起物体机械运动状态的改变，称为外效应；二是引起物体的变形，称为内效应。
静力学——主要研究力的外效应中的平衡规律。
工程力学的两个基础部分材料力学——研究杆的强度、刚度和稳定性问题。
工程结构物、机器和设备都是由构件组成的，若要这些构件在外力的作用下能够安全可靠地工作，则需要满足以下力学条件：（1）强度条件强度：构件抵抗破坏的能力。
构件在外力的作用下发生断裂或显著不可恢复的变形均属于强度失效。
构件要有足够的强度。
（2）刚度条件刚度：构件抵抗变形的能力。
一些构件对变形有一定的要求，在这些构件上若存在较大变形会造成刚度失效。
因此，构件要有必要的刚度。
（3）稳定性问题稳定性：构件保持原有平衡状态的能力。
如细长直杆、薄壁外压容器等构件，在所受压缩外力过大时会突然压弯而失去原有的直的平衡状态。
因此，构件要有足够的稳定性。
1 物体的受力分析和静力平衡方程静力学主要研究以下两个内容：（1）力系的简化力系：同时作用在刚体上的一群力。
若作用在刚体上的力系可用另一力系代替而不改变其对刚体的作用效果，则称这两个力系为等效力系。
力系的简化是用一个简单的等效力系代替作用在刚体上的一个较复杂的力系，以便对刚体的受力情况进行进一步的分析。
（2）刚体的平衡条件刚体的平衡条件：刚体处于平衡状态时作用于刚体上的力系应满足的条件。
根据平衡条件，可以求出作用在平衡刚体上的某些未知力。
1.1 静力学基本概念1.1.1 力的概念及作用形式力：物体间相互的机械作用，单位：N或kN；力是既有大小又有方向的量，即力是矢量，F（力矢，常用黑体字母）或F（白体字表示力矢的大小）表示。
沿力的方位画出的直线，称为力的作用线。
（图1-1）力的三要素：大小，方向，作用点。
体积力——分布在物体内部各点的力，如重力、按力的作用方式可分为电磁力等。
化工设备机械基础第一章习题解答
《化工设备机械基础》习题解答第一章化工设备材料及其选择一. 名词解释A组：1.蠕变：在高温时，在一定的应力下，应变随时间而增加的现象。
或者金属在高温和应力的作用下逐渐产生塑性变形的现象。
2.延伸率：试件受拉力拉断后，总伸长的长度与原始长度之比的百分率。
3.弹性模数(E)：材料在弹性范围内，应力和应变成正比，即σ=Eε,比例系数E为弹性模数。
4.硬度：金属材料表面上不大的体积内抵抗其他更硬物体压入表面发生变形或破裂的能力。
5.冲击功与冲击韧性：冲击功是冲击负荷使试样破断所做的功。
冲击韧性是材料在外加动载荷突然袭击时的一种及时和迅速塑性变形的能力。
6.泊桑比（μ）：拉伸试验中试件单位横向收缩与单位纵向伸长之比。
对于钢材，μ=0.3 。
7.耐腐蚀性：金属和合金对周围介质侵蚀（发生化学和电化学作用引起的破坏）的抵抗能力。
8.抗氧化性：金属和合金抵抗被氧化的能力。
9.屈服点：金属材料发生屈服现象的应力，即开始出现塑性变形的应力。
它代表材料抵抗产生塑性变形的能力。
10.抗拉强度：金属材料在受力过程中，从开始加载到发生断裂所能达到的最大应力值。
B组：1.镇静钢：镇静钢在用冶炼时用强脱氧剂 Si, Al等完全脱氧脱氧，是脱氧完全的钢。
把FeO中的氧还原出来，生成SiO2和Al2O3。
钢锭膜上大下小，浇注后钢液从底部向上，向中心顺序地凝固。
钢锭上部形成集中缩孔，内部紧密坚实。
2.沸腾钢：沸腾钢在冶炼时用弱脱氧剂Mn脱氧，是脱氧不完全的钢。
其锭模上小下大，浇注后钢液在锭模中发生自脱氧反应，放出大量CO 气体，造成沸腾现象。
沸腾钢锭中没有缩孔，凝固收缩后气体分散为很多形状不同的气泡，布满全锭之中，因而内部结构疏松。
3.半镇静钢：介于镇静钢和沸腾钢之间，锭模也是上小下大，钢锭内部结构下半部像沸腾钢，上半部像镇静钢。
4.低碳钢：含碳量低于0.25%的碳素钢。
5.低合金钢：一般合金元素总含量小于5%的合金钢。
6.碳素钢：这种钢的合金元素含量低，而且这些合金元素不是为了改善钢材性能人为加入的。
《化工机械基础》中力学部分的外力与内力-5页文档资料
《化工机械基础》中力学部分的外力与内力《化工机械基础》课程的内容包含物体的受力分析与计算、构件的强度、化工机械常用材料、化工容器和机械传动基本知识。
教材前面两部分的力学知识是整个教材的基础。
在力学部分的教学中,外力与内力是两个重要的概念,学生在学习过程中容易混淆,捉摸不透,甚至会出现理解错误。
一、力学部分中外力与内力的概念1、外力:外力就是物体间的相互作用。
2、内力:内力是指构件为抵抗外力作用,在其内部产生的各部分之间的作用力。
二、力学部分中外力与内力的关系1、外力与内力的相同点(1)外力与内力都是矢量,它们均具有大小、方向、作用点三个要素。
(2)外力与内力都是有作用力与反作用力,它们的作用力与作用力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上,其性质均符合作用与反作用公理。
(3)外力与内力的计算的方法是一样,均要遵守矢量的运算法则。
通常情况下,首先确定直角坐标系,运用静力平衡方程进行求解。
(4)外力与内力,它们同时产生,同时消失,联系紧密。
(5)外力与内力的图示方法是一样。
2、力学部分中外力与内力的不同点(1)外力与内力的地位不同,外力是产生内力的原因,内力是外力产生的结果。
(2)通常情况下,内力随着外力的增大而增大,但内力的增大是有限的,当材料的内力增大到一定限度时,就不再随着外力的增大而增大,构件就要产生破坏。
(3)外力与内力的作用效果不同,外力的作用效果是使物体产生运动,而内力的作用效果是使构件产生变形。
(4)外力与内力的正负意义不同。
外力为正,说明与所选坐标轴的正方向相同,外力为负,说明与所选坐标轴的正方向相反。
内力的正负在构件的不同变形中含义不一样,在构件的拉压变形中,通常规定拉为正,压为负;在构件的剪切变形中,通常规定逆时针转向为正,顺时针转为负;在构件的弯曲变形中,通常规定引起构件下凸变形的为正,引起构件上凸变形的为负。
三、力学部分中外力与内力的讲解要点1、外力与内力的力学模型外力的力学模型是刚体,刚体是一种假设,是指在外力的作用下不产生变形的物体,主要是研究物体的受力平衡问题,为了使问题简化,不考虑物体的变形,也是本教材与与初中物学中力学知识的衔接。
化工设备机械基础1
梯子左边部分受力
图如图（c）所示
梯子右边部分受力
图如图（d）所示
化工设备机械基础教学课件
2013年8月19日星期一
34
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
整体受力图如图（e）所示
？
提问：左右两部分梯子在A处，绳子对左右两部分梯
子均有力作用，为什么在整体受力图没有画出？
化工设备机械基础教学课件 2013年8月19日星期一
主讲 张祯琳
考虑到左拱 AC 三个力作用
下平衡，也可按三力平衡汇 交定理画出左拱 AC 的受力
图，如图（e）所示
此时整体受力图如图 （f）所示
化工设备机械基础教学课件
2013年8月19日星期一
31
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
讨论：若左、右两拱都 考虑自重，如何画出各 受力图？
如图 （g） （h）（i）
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
第一篇
第一章
工程力学基础
静力学基础
§ 1-1 静力学的基本概念 § 1-2 静力学的公理 § 1-3 约束与约束反力 § 1-4 受力分析与受力图
化工设备机械基础教学课件 2013年8月19日星期一
1
内蒙古大学鄂尔多斯学院
主讲 张祯琳
教学目标：
通过本章的学习，掌握静力学中的基本概念，公理；熟练掌握 工程上常见典型约束的类型、约束反力及其特点；学会对构件进行 受力分析，掌握构件受力图的绘制方法。
小Hale Waihona Puke 结 （1）光滑面约束——法向约束力 FN
（2）柔索约束——张力 FT
（3）光滑铰链—— FAy FAx
（4）滚动支座—— FN ⊥光滑面
化工机械基础-第01章 物体的受力分析和静力平衡方程
Page26
化工设备机械 基础
{F1, F2 ,, Fn} {FR}
合力：与某力系等效的力
FR ：该力系的合力(resultant force) Fi（i=1,2,…n)：合力的分力(component force)
平衡力系(equilibrium force system): 对刚体不产生任何作用效果的力系。
• 参考资料、补充知识
• 参考教材（补充教材的部分内容） • 文献、资料（网络检索）
化工设备机械 基础
参考教材
化工设备机械 基础
• 赵军等编．化工设备机械基础（第三版）．北京：化学工业出版 社. 2016.
• 陈国桓编．化工机械基础（第二版）．北京：化学工业出版社， 2015.
• 董大勤，高炳军，董俊华编．化工设备机械基础（第四版）．北 京：化学工业出版社，2012.
FRy F1y F2y Fny Fy
FRz F1z F2z Fnz Fz
合力的大小
( ) ( ) ( ) FR FR2x FR2y FR2z
Fx 2 Fy 2 Fz 2
合力R 的方向余弦
cos
ห้องสมุดไป่ตู้
FRx FR
Fx
FR
,
cos FRy
FR
Fy
FR
,
cosg FRz
力对某点的矩等于该力沿坐标轴的分力对 同一点之矩的代数和
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化工设备机械 基础
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化工设备机械 基础
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化工设备机械 基础
二、 力偶和力偶矩
1、力偶——大小相等的二反向平行力。
化工设备机械基础第一章
§1-2刚体的受力分析
§1-2刚体的受力分析
二、约束的类型和确定约束反力方向的方法
§1-2刚体的受力分析
1、柔软体约束
§1-2刚体的受力分析
§1-2刚体的受力分析
§1-2刚体的受力分析
2、光滑接触面约束 面间摩擦力远小于其它各力时可忽略不计而认为接触
面是光滑的。光滑接触面给被约束物体的力，方向必沿着 接触面在接触点的公法线。
● 平面一般力系--各力作用线任意分布的平面力系（上例中半个梯子的
受力图）。
F2 F1
F3
可传性原理
F1 F2
可合性
A
F3 A
பைடு நூலகம்
AR
Fn
Fn 平面汇交力系
平面共点力系
合力
§1-3平面汇交力系的简化与平衡
平面汇交力系的简化 把求取一个力系合力的过程称为力系的简化。 简化方法有两种：一是几何作图法，二是解析法。 平行四边形法：只要依次两两合成就可以求得最后的合力R。 力多边形法则：各分力矢依一定次序首尾相接，形成一力矢 折线链，合力矢是封闭边，合力矢的方向是从第一个力矢的 起点指向最后一个力矢的终点。
再以平板为对象，由
X 0 , R A s 6 i N D s 0 n 3 i 0 , R A 0 n N D s 3 / s i 6 0 n i 2 G / 0 n 3
Y 0 , N D c 3 R o A c 0 6 s t o 0 , 0 T N s D c 3 R o A c 0 6 s 2 o G / 0 3
解：分别以整个梯子、以及AC、BC为研究对象，画受力图如下：
§1-2刚体的受力分析
§1-2刚体的受力分析
学生常犯的错误
§1-3平面汇交力系的简化与平衡
化工机械基础--重点内容
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第三章
3、变形与刚度校核： 变形后梁轴线称弹性曲线或挠曲线，挠度 f， 梁的挠曲线方程 f = f(x)，转角θ df f (x) 直接积分法和叠加法 dx
d 2 f M ( x) 2 dx EJ Z
max
f max f
2013-8-8
或
f max l
第三章 1、内力：剪力图和弯矩图 正负号、转折位置、突变大小、封闭实线
2013-8-8
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例3-4．外伸梁上均布荷 载的集度为 q=3kN/m, 集中力偶矩 m=3kN.m, 画出剪力 图和弯矩图。
RA 14.5kN RB 3.5kN
Q RA q a 0
RA a 4.83m q
f l
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第四章 1、剪力、剪应力 和强度校核 Q A 注意：力与面积对应 P 2、挤压强度校核 jy jy A jy 3、剪切虎克定律 4、剪应力互等定理
G
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第五章 1、外力 N M 9550 , N .m 注意：单位 n 2、内力—扭矩和扭矩图， 右手螺旋法则判断内力—扭矩的正负 正负号、转折位置、突变大小、封闭实线 3、应力与强度校核
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单元体
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第六章
（3）将危险点应力单元上的正应力与剪应力叠 加，画出平面应力单元，确定σx σy τx
max x y x y x2 min 2 2
2013-8-8 5
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（2）力的平行四边形法则
作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。合 力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为邻边 构成的平行四边形的对角线确定。如图1-6所示。
力的平行四边形法则指出，两个 力相加（合成）不能简单地求算术 和，而是要用平行四边形法则求几 何和，即矢量和。
图1-6
同理，一个力也可以分解为两个力，分解也按力的平行 四边形法则进行。按相互垂直分解的两个分力称为正基础 (1) 强度条件
强度是指构件抵抗外力破坏的能力。构 件应具有足够的强度，以保证在外力作用 下不致破坏。
(2) 刚度条件
刚度是指构件抵抗外力变形的能力。构 件要具有足够的刚度，以保证在外力作用 下，变形量不超过正常工作允许的限度。
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第一章 工程力学基础 (3) 稳定性条件
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第一章 工程力学基础
力对物体的作用效应决定于三个要素：
（1） 力的大小 （2） 力的方向 （3） 力的作用点
FA
国际单位制：牛顿(N) 或 千牛顿(kN)
力是矢量，力对物体的效应不仅决定于它的大 小，而且还决定于它的方向，所以力是矢量。
.9.
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第一章 工程力学基础
矢量的表示方法：
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第一章 工程力学基础 4. 力的基本性质
（1）二力平衡原理
若刚体只受到两个力的作用而处于
平衡状态，其必要且充分条件是：
这两个力一定大小相等，方向相反，
A
F1
并作用在同一直线上。（等值、反
向、共线）。如图1-4，F1、F2为作
F2
用在同一物体上的一对平衡力。
图1-4
.12.
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第一章 工程力学基础
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第一章 工程力学基础
2. 刚体的概念
在研究物体受力时，为了使问题简化，可以忽略物 体的变形，将受力情况下，不发生变形的物体称为刚 体。
在研究问题时，如果物体的变形是研究的主要因素， 就不能将物体看作刚体。
3. 平衡的概念
当物体相对于地球处于静止或作匀速直线运动，则 称该物体处于平衡状态，而将作用于该物体上的力系 称为平衡力系。力系平衡所满足的条件称为平衡条件。
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第一章 工程力学基础 1.1.2 基本概念 1. 力的概念
力是物体间相互的机械作用。这种作用使物体的运
动状态发生改变（包括变形）。
例如： 人推车的力使车子的运动状态发生改变。（由静到动，由慢
到快等）
→
F
地球对月球的引力使月球绕着地球转动。（不断地改变运动 方向）
锻锤对锻件的冲击力使锻件改变形状等。
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第一章 工程力学基础
（3）作用和反作用定律
力是物体之间的相互机械作用，两物体相互作用的力符合下述重要 规律：两物体间的作用力和反作用力，总是大小相等，方向相反，作 用线相同，分别作用在这两个物体上。
例如:车刀作用于工件会产生切削力 P ，而工件必有反作用力 P` 作用车刀，P 和 P` 总是等值、反向、共线。
前面提到的二力平衡原理中的一对平衡力与作用和
反作用力不是一回事，作用力和反作用力不是一 对平衡力。
思考：
它们的区别在哪里？
.15.
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第一章 工程力学基础
5. 力的投影
已知某个力
F
，作其在x，y轴
的投影可以得到其在x轴和y轴
上的分量Fx和Fy。
即：
Fx=F·cosa Fy=F·sina
其中： α— F与x轴的夹角
第一章 工程力学基础
.1.
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第一章 工程力学基础
第一章 工程力学基础
设计化工、炼油设备时，必须按照安全、经济、可 靠的原则来确定设备及零部件的截面尺寸，例如筒体 的厚度、螺栓直径、支撑构件截面尺寸及规格等。
设备及零部件在工作时都受到各种各样外力作用， 在确定设备及零部件截面尺寸时，必须先进行构件受 力分析，为设计计算提供可靠的受力依据和分析基础。
作用力与反作用力不是作用在同一物体上， 而是分别作用在相互作用的两个物体上。它 们相互对应，相互依存，同时存在，同时消 失。而且是机械中动力传递的途径。例如齿 轮将力传递给下一个齿轮。从而得到转动的 动力。汽车轮子转动也是这样实现的。
P` P 工件
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第一章 工程力学基础
作用和反作用定律是普遍性的定律，对刚体和非刚 体系统均适用，在受力分析时常常用到这一定律。
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第一章 工程力学基础
（1） 塔设备自身的重量 W （2） 风力 q （3） 基础对塔的反作用力 Ny （4） 基础螺栓对塔设备产生的力矩 M 和横向 阻力 Nx
其中 W 和 q 可以从设计条件估算或从设计规 范查出，是已知力。 Nx ，Ny 和 M 是未知力和 力矩，待求取。
根据静力学原理可以求解出以上三个未知力。
按照一定的比例长度，将力沿着作用方向。
画在一定的作用点处，作用线段的长度代
F
表力的大小。力矢常用黑体字母表示，而
非黑体字母表示力矢的大小。如图1-2
A
图1-2
力可以分为体积力和表面力两类，分布在物体内部各点的 力是体积力。如重力、电磁力等，作用在物体表面的力为 表面力，如风力、水压力等，作用在某点的力为集中力。 如支座反力、吊装物体的重力等。
化工、炼油设备大多数是静置设备，因此，本章讨 论的受力构件或物体主要是静置状态的构件。
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第一章 工程力学基础
1.1 受力分析
1.1.1 概述
工程力学是研究物体机械运动以及构件强度、刚 度、稳定性的科学。
构件在外力作用下，能够安全可靠地工作，必须 满足以下力学条件：
（1）强度条件 （2）刚度条件 （3）稳定性条件 .3.
Fx、Fy的正负判断： Fx、Fy
的指向与投影轴正向一致，则
Fx、Fy为正，否则为负。
Fx 、Fy 是F的两个正交分力，它们有大小和作用方向。
.16.
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第一章 工程力学基础 由力在坐标轴的投影可以得到：
（1） 同一个力在相互平行且方向相同的坐标轴 上的投影相等。
稳定性是指构件保证原有平衡形态的能 力。为了不使构件因受压而突然失去原有 的平衡形态，构件要具有足够的稳定性。
工程力学包括静力学和材料力学两部分：
静力学：研究物体在力系作用下的平衡规律。 材料力学：研究杆的强度、刚度和稳定性。
.5.
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第一章 工程力学基础
受力分析实例： 塔设备受到哪些外力作用？