化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第四版）內(nèi)容簡(jiǎn)介

《高等學(xué)校教材：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第4版）》為第四版，根據(jù)*的國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)本書第三版進(jìn)行了修訂。內(nèi)容分為力學(xué)基礎(chǔ)、壓力容器、典型化工設(shè)備三篇。主要介紹板殼力學(xué)基礎(chǔ)理論，金屬材料的基本知識(shí)，中、低壓力容器和典型化工設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算方法、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。配有習(xí)題、例題、內(nèi)容實(shí)用，講述深入淺出，便于自學(xué)。

《高等學(xué)校教材：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第4版）》為化工工藝專業(yè)及環(huán)保、制藥等相關(guān)專業(yè)使用的綜合性機(jī)械基礎(chǔ)課程教材，也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

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第一篇力 學(xué) 基 礎(chǔ)

1剛體的受力分析及其平衡規(guī)律1

11力的概念及其性質(zhì)2

111力的概念2

112力的基本性質(zhì)2

12剛體的受力分析5

121約束和約束反力5

122剛體受力分析要領(lǐng)8

13平面匯交力系的簡(jiǎn)化與平衡8

131平面匯交力系的簡(jiǎn)化8

132平面匯交力系的平衡條件10

14力矩、力偶、力的平移定理12

141力矩的概念12

142力偶12

143力的平移定理——力與力偶的

聯(lián)系14

15平面一般力系的簡(jiǎn)化與平衡15

151平面一般力系的簡(jiǎn)化15

152平面一般力系的平衡條件16

153固定端約束的受力分析18

16靜力學(xué)問題求解方法小結(jié)20

161如何確定研究對(duì)象20

162如何畫分離體受力圖20

163如何建立直角坐標(biāo)系20

164如何應(yīng)用靜力平衡方程20

165靜力學(xué)能夠解決問題的范圍21

本章小結(jié)21

檢測(cè)題22

習(xí)題23

2金屬的力學(xué)性能27

21彈性體的變形與內(nèi)力27

211變形與內(nèi)力的概念27

212變形的度量27

213直桿受拉(壓)時(shí)的內(nèi)力28

214受拉(壓)直桿內(nèi)的應(yīng)力30

22材料的力學(xué)性能31

221拉伸試驗(yàn)32

222壓縮試驗(yàn)36

223溫度對(duì)材料的力學(xué)性能的影響37

224金屬的缺口沖擊試驗(yàn)39

225硬度試驗(yàn)40

226彎曲試驗(yàn)41

23金屬材料拉伸與沖擊試驗(yàn)的新標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介42

231GB/T 228—200242

232GB/T 229—200744

本章小結(jié)44

檢測(cè)題45

習(xí)題46

3受拉(壓)構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算與受剪切構(gòu)件的實(shí)用計(jì)算48

31受拉直桿的強(qiáng)度計(jì)算48

311強(qiáng)度條件的建立與許用應(yīng)力的確定48

312強(qiáng)度條件應(yīng)用舉例49

32拉(壓)桿連接部分的剪切和擠壓強(qiáng)度計(jì)算50

321剪切變形與剪力50

322連接零件剪切強(qiáng)度的實(shí)用計(jì)算51

323某些連接零件的擠壓強(qiáng)度計(jì)算52

本章小結(jié)54

檢測(cè)題55

習(xí)題55

4直梁的彎曲57

41彎曲概念與梁的分類57

411彎曲變形的宏觀表現(xiàn)與實(shí)例57

412梁的幾何形狀和名稱57

413梁上的外力、梁的支座及分類58

42梁的內(nèi)力分析60

421梁橫截面內(nèi)的兩種內(nèi)力60

422剪力與彎矩的計(jì)算62

43純彎曲時(shí)梁的正應(yīng)力及正應(yīng)力強(qiáng)度條件67

431梁橫截面內(nèi)任意指定點(diǎn)處的正應(yīng)力68

432正應(yīng)力的強(qiáng)度條件72

433梁的合理截面76

44直梁彎曲時(shí)的切應(yīng)力76

441矩形截面梁77

442工字形截面梁77

443環(huán)形截面梁77

444實(shí)心圓截面梁78

45梁的變形——梁彎曲時(shí)的位移79

451梁的撓度和轉(zhuǎn)角79

452梁的彈性曲線79

453梁的剛度校核80

本章小結(jié)82

習(xí)題84

5圓軸的扭轉(zhuǎn)86

51圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)所受外力的分析與計(jì)算86

511攪拌軸的三項(xiàng)功能86

512n、P、m之間的關(guān)系87

52純剪切、角應(yīng)變、剪切虎克定律87

521純剪切87

522角應(yīng)變89

523剪切虎克定律89

53圓軸在外力偶作用下的變形與內(nèi)力90

531變形分析90

532扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力及其分布規(guī)律91

533橫截面的內(nèi)力矩——扭矩91

534扭矩與扭轉(zhuǎn)變形dφdx之間的關(guān)系91

535扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的計(jì)算公式92

536扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算92

54圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度條件與剛度條件93

541圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度條件93

542圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的剛度條件93

本章小結(jié)96

檢測(cè)題97

習(xí)題98第二篇壓 力 容 器

6壓力容器與化工設(shè)備常用材料100

61金屬的晶體結(jié)構(gòu)100

611金屬原子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與金屬鍵100

612金屬的晶體結(jié)構(gòu)100

62鐵碳合金102

621什么是鐵碳合金102

622鐵碳平衡狀態(tài)圖103

623過冷奧氏體的恒溫轉(zhuǎn)變104

624鋼的熱處理106

63鋼的分類108

631碳素鋼108

632低合金鋼110

633高合金鋼112

64鋼板116

641鋼板的尺寸和允許偏差116

642碳素鋼與低合金鋼鋼板117

643不銹鋼、耐熱鋼鋼板121

65鋼管125

651鋼管分類及其標(biāo)準(zhǔn)125

652鋼管的尺寸125

653鋼管的鋼號(hào)、性能和應(yīng)用127

654鋼管的檢驗(yàn)與驗(yàn)收130

66鍛件與緊固件132

661鍛件132

662緊固件136

67鑄鐵139

671鑄鐵的分類與代號(hào)（GB/T 5162—2008）139

672灰鑄鐵（GB/T 9439—2010）140

673球墨鑄鐵（GB/T 1348—2009）144

674蠕墨鑄鐵148

675可鍛鑄鐵（GB 9440—2009）150

676高硅耐蝕鑄鐵（GB/T 8491—2009）152

677耐熱鑄鐵（GB 9437—2009）153

678鑄鐵用于壓力容器時(shí)的規(guī)定157

68銅及銅合金157

681加工銅157

682加工黃銅157

683青銅158

684白銅159

685鑄造銅合金159

686銅及銅合金用于壓力容器時(shí)的規(guī)定160

69鋁及鋁合金160

691變形鋁及鋁合金的分類和牌號(hào)160

692變形鋁及鋁合金的性能和用途162

610鈦及鈦合金162

6101分類與牌號(hào)162

6102性能特點(diǎn)163

6103應(yīng)用164

611金屬的腐蝕與防護(hù)164

6111腐蝕的定義及分類164

6112常見的幾種腐蝕及其控制方法165

習(xí)題170

7壓力容器中的薄膜應(yīng)力、彎曲應(yīng)力與二次應(yīng)力171

71回轉(zhuǎn)殼體中的薄膜應(yīng)力171

711容器殼體的幾何特點(diǎn)171

712回轉(zhuǎn)殼體中的拉伸應(yīng)力172

72圓形平板承受均布載荷時(shí)的彎曲應(yīng)力177

721平板的變形與內(nèi)力分析177

722彎曲應(yīng)力與薄膜應(yīng)力的比較和結(jié)論180

73邊界區(qū)內(nèi)的二次應(yīng)力180

731邊界應(yīng)力產(chǎn)生的原因180

732影響邊界應(yīng)力大小的因素181

733邊界應(yīng)力的性質(zhì)182

734回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)部的邊界應(yīng)力182

74強(qiáng)度條件182

741對(duì)薄膜應(yīng)力的限制(即薄膜應(yīng)力強(qiáng)度條件）182

742對(duì)一次彎曲應(yīng)力的限制186

743對(duì)二次應(yīng)力的限制188

本章小結(jié)189

檢測(cè)題190

習(xí)題191

8內(nèi)壓容器192

81設(shè)計(jì)參數(shù)的確定（GB 1503—2011）192

811容器直徑192

812工作壓力與設(shè)計(jì)壓力p192

813設(shè)計(jì)溫度t193

814計(jì)算壓力pc194

815許用應(yīng)力[σ]t194

816焊接接頭系數(shù)φ209

82內(nèi)壓容器筒體與封頭厚度的計(jì)算210

821內(nèi)壓圓筒的五種厚度及其確定方法210

822內(nèi)壓凸形封頭厚度計(jì)算213

823內(nèi)壓錐形封頭厚度計(jì)算217

824平板形封頭221

825計(jì)算厚度的通用式223

83在用壓力容器的強(qiáng)度校核223

831在用壓力容器強(qiáng)度校核的原則223

832強(qiáng)度校核的思路、公式和舉例223

833在用壓力容器的許用內(nèi)壓表225

84容器筒體與封頭的尺寸和質(zhì)量227

841圓柱形筒體的容積、內(nèi)表面積和質(zhì)量227

842標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積、內(nèi)表面積和質(zhì)量228

843錐形封頭的幾何量與質(zhì)量230

85容器殼體在材料使用上的規(guī)定233

851鋼板用前的驗(yàn)收233

852壓力容器在選材、用材上的

規(guī)定234

本章小結(jié)236

檢測(cè)題239

習(xí)題240

9外壓容器與壓桿的穩(wěn)定計(jì)算242

91穩(wěn)定的概念與實(shí)例242

911穩(wěn)定的概念242

912“穩(wěn)定”問題實(shí)例242

92外壓圓筒環(huán)向穩(wěn)定計(jì)算243

921臨界壓力的計(jì)算243

922材料的σε曲線（即RA曲線）在穩(wěn)定計(jì)算中的應(yīng)用245

923許用外壓的計(jì)算247

93封頭的穩(wěn)定計(jì)算254

931外壓球殼與凸形封頭的穩(wěn)定計(jì)算254

932外壓帶折邊錐形封頭的穩(wěn)定計(jì)算257

933防止內(nèi)壓凸形封頭失穩(wěn)的規(guī)定259

94真空容器加強(qiáng)圈的計(jì)算259

941真空容器加強(qiáng)圈所需最小截面慣性矩的計(jì)算260

942真空容器加強(qiáng)圈實(shí)際提供的截面慣性矩的計(jì)算262

95壓桿穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)介265

951理想壓桿的臨界載荷265

952臨界應(yīng)力歐拉公式的適用范圍266

953柔度λ<λp的壓桿臨界應(yīng)力的計(jì)算267

954壓桿穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算268

96圓筒的軸向穩(wěn)定校核271

961什么情況下需要校核圓筒的軸向穩(wěn)定性271

962軸向穩(wěn)定許用應(yīng)力的確定272

本章小結(jié)273

檢測(cè)題274

習(xí)題274

10法蘭連接276

101壓力容器法蘭連接276

1011法蘭連接的密封原理276

1012法蘭連接受力分析及其實(shí)用結(jié)論276

1013壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)（JB/T 4700～4707—2000）278

102管法蘭連接302

1021管法蘭（HG/T 20592—2009）302

1022管法蘭連接用密封墊片332

1023鋼制法蘭用緊固件344

11人孔、手孔、視鏡和液面計(jì)353

111人孔和手孔353

1111容器上開設(shè)人孔、手孔的規(guī)定353

1112鋼制人孔和手孔353

1113不銹鋼人孔、手孔(HG 21594—21604）373

112視鏡與液面計(jì)377

1121視鏡377

1122液面計(jì)381

12開孔補(bǔ)強(qiáng)與設(shè)備凸緣384

121開孔補(bǔ)強(qiáng)384

1211問題的提出——容器接管附近的應(yīng)力集中384

1212補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)與計(jì)算386

1213容器上開孔及補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)規(guī)定396

122設(shè)備凸緣397

1221法蘭凸緣397

1222管螺紋凸緣399

13容器支座400

131臥式容器支座（JB/T 47121—2007）400

1311鞍式支座的結(jié)構(gòu)與類型400

1312鞍座尺寸與質(zhì)量401

1313鞍座的選用404

1314鞍座標(biāo)記407

132立式容器支座407

1321耳式支座(JB/T 47123—2007）407

1322支承式支座（JB/T 47124—2007）414

1323腿式支座（JB/T 47122—2007）419

14容器的焊接結(jié)構(gòu)428

141焊接接頭及其分類428

1411焊接接頭428

1412壓力容器上的焊接接頭分類430

142壓力容器中的焊接接頭（GB 1503—2011HG/T 20583—2011）431

1421筒體的縱、環(huán)向，鋼板拼接對(duì)接接頭431

1422筒體與封頭連接的非對(duì)接接頭434

1423容器法蘭與筒體連接的焊接接頭435

1424管法蘭與接管的焊接接頭436

1425接管與殼體的焊接接頭437

1426法蘭凸緣與殼體的焊接接頭441

143焊接結(jié)構(gòu)443

1431設(shè)計(jì)原則443

1432焊縫選擇443

144焊接接頭的檢驗(yàn)443

1441焊接接頭缺陷443

1442焊接檢驗(yàn)要點(diǎn)444

145焊接材料445

15壓力容器監(jiān)察管理449

151壓力容器監(jiān)察管理的重要文件449

152壓力容器劃類與分類管理450

1521廣義壓力容器與管轄壓力容器450

1522《固容規(guī)》所管轄(適用)的壓力容器450

1523《固容規(guī)》對(duì)壓力容器范圍的界定451

1524《固容規(guī)》對(duì)壓力容器的劃類451

1525壓力容器的設(shè)計(jì)管理454

1526壓力容器的制造管理455

1527壓力容器的使用管理456

153壓力容器的定期檢驗(yàn)456

1531定期檢驗(yàn)的目的456

1532定期檢驗(yàn)的依據(jù)457

1533檢驗(yàn)周期457

1534壓力容器的安全狀況等級(jí)458

1535基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)（RBI）459

154壓力容器的壓力試驗(yàn)及泄漏試驗(yàn)459

1541耐壓試驗(yàn)459

1542泄漏試驗(yàn)460第三篇典型化工設(shè)備

16管殼式換熱器462

161管殼式換熱器的總體結(jié)構(gòu)462

1611固定管板式換熱器462

1612浮頭式換熱器462

1613U形管式換熱器465

1614填料函式換熱器466

162管殼式換熱器的主要零部件467

1621殼體467

1622管箱472

1623管束472

1624管板477

1625波形膨脹節(jié)480

1626折流板和支持板及其固定結(jié)構(gòu)487

1627其他結(jié)構(gòu)490

17板式塔492

171概述492

172整塊式塔盤的板式塔492

1721定距管支承式塔盤493

1722重疊式塔盤494

1723塔盤圈與密封結(jié)構(gòu)497

1724降液管、溢流堰、出口液封盤499

173分塊式塔盤板式塔499

1731組裝結(jié)構(gòu)499

1732塔盤板與通道板500

1733分塊式塔盤的支持結(jié)構(gòu)501

1734塔盤、出口堰、降液板、受液盤的固定501

174板式塔的其他結(jié)構(gòu)508

1741板式塔盤上的進(jìn)料管508

1742塔頂?shù)踔?09

1743裙式支座512

1744塔的保溫裝置514

175塔的機(jī)械設(shè)計(jì)516

1751塔體承受的各種載荷計(jì)算516

1752筒體的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核517

1753裙座的強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核518

附錄A型鋼（GB/T 706—2008）519

附錄B石油化工壓力容器法蘭用墊片（HG/T 20583—2011）529

附錄C石油化工容器接管法蘭用墊片（HG/T 20583—2011）531

附錄D金屬和非金屬墊片的耐化學(xué)品性能（HG/T 20583—2011）535

附錄E圖97曲線數(shù)據(jù)表（GB 1503—2011）538

附錄F標(biāo)準(zhǔn)目錄541

F1TSG特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范與壓力容器設(shè)計(jì)541

F2碳素鋼與低合金鋼及板材541

F3不銹鋼和耐熱鋼及板材541

F4無縫鋼管與焊接鋼管542

F5復(fù)合鋼板542

F6鑄鐵542

F7有色金屬542

F8鍛件543

F9緊固件543

F10力學(xué)性能試驗(yàn)543

F11容器法蘭543

F12管法蘭544

F13人孔、手孔544

F14支座544

F15視鏡與液面計(jì)545

F16焊接545

F17補(bǔ)強(qiáng)圈、補(bǔ)強(qiáng)管545

F19壓力容器封頭545

檢測(cè)題與習(xí)題的參考答案546 2100433B

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》講述了：隨著教學(xué)改革的不斷深入，不同學(xué)校對(duì)過程機(jī)械相關(guān)專業(yè)的教學(xué)提出了不同的要求?？紤]化學(xué)工程、應(yīng)用化學(xué)、制藥工程、高分子材料、環(huán)境科學(xué)、生物化學(xué)等專業(yè)的課程設(shè)置，結(jié)合近年來的教學(xué)實(shí)踐，將“化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)”和“工程力學(xué)”內(nèi)容進(jìn)行整合，編寫了《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》。

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

（1）通過相互滲透、融會(huì)貫通、精選特色等保持了原系列教材的特點(diǎn)

由刁玉瑋教授主編的《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》一直是國內(nèi)許多院?；すに囶悓I(yè)的首選教材，已經(jīng)再版6次，作為“十五”和“十一五”規(guī)劃教材，深受廣大師生的歡迎?！痘ぴO(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》的“化工設(shè)備材料”“化工容器設(shè)計(jì)”篇按照《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》一書的基本構(gòu)架編寫，主要內(nèi)容保持不變；“典型化工設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)”篇重新進(jìn)行編寫。由銀建中副教授主編的《工程力學(xué)》作為高等學(xué)校理工科規(guī)劃教材一直是化工工藝類學(xué)生的力學(xué)基礎(chǔ)教材。《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》的“工程力學(xué)基礎(chǔ)”篇保留了《工程力學(xué)》一書的特色內(nèi)容。

（2）在內(nèi)容和表達(dá)方面，盡可能反映學(xué)科的最新發(fā)展趨勢(shì)，保證教材與時(shí)俱進(jìn)

根據(jù)最新國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工程規(guī)范，在“化工設(shè)備材料”篇中，將最新材料標(biāo)準(zhǔn)、材料牌號(hào)等進(jìn)行了較大幅度的調(diào)整，有助于教師和學(xué)生對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)的了解?！暗湫突ぴO(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)”篇中塔設(shè)備設(shè)計(jì)內(nèi)容完全符合最新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求，便于學(xué)生在掌握基本設(shè)計(jì)理論的同時(shí)，適應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)典型設(shè)備的設(shè)計(jì)要求。

（3）注重解決工程實(shí)際問題的能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)

在典型壓力容器結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析時(shí)，注重與工程實(shí)際問題緊密結(jié)合，以典型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工程意義為重點(diǎn)，對(duì)典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析與討論，提高解決工程實(shí)際問題的能力，把復(fù)雜的推導(dǎo)和理論分析留給學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)和資料自主學(xué)習(xí)解決。

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》可作為高等工科院校化工、過程裝備與控制工程和輕工類等相關(guān)專業(yè)進(jìn)行化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的教材，亦可供化工行業(yè)從事科研設(shè)計(jì)與生產(chǎn)管理的工程技術(shù)人員參考。

《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)應(yīng)用教程》內(nèi)容涉及化工生產(chǎn)常用設(shè)備的結(jié)構(gòu)和功能、化工設(shè)備表達(dá)特點(diǎn)、化工機(jī)械傳動(dòng)的基本知識(shí)和化工生產(chǎn)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等的相關(guān)知識(shí)。面向?qū)I(yè)不但包括以化工生產(chǎn)、設(shè)備設(shè)計(jì)為主的過程控制與裝備及大部分機(jī)械類專業(yè)，也包括化學(xué)工程、高分子材料、生物工程、制藥工程等具有石油化工、化學(xué)化工背景的非機(jī)械類專業(yè)，還包括為石油化工、化學(xué)化工企業(yè)生產(chǎn)提供服務(wù)的自動(dòng)化測(cè)試與控制專業(yè)、電氣工程專業(yè)和自動(dòng)化專業(yè)等。

本教材可供一般本科學(xué)?；虿糠指呗毟邔W(xué)校選用。教材的培養(yǎng)目標(biāo)群體為高級(jí)應(yīng)用型人才，在教學(xué)內(nèi)容選擇和處理上以應(yīng)用為目的，強(qiáng)調(diào)具有化工背景的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)。教材涉及的專業(yè)面廣泛，強(qiáng)調(diào)工程實(shí)際和工程技能，符合現(xiàn)代企業(yè)、社會(huì)對(duì)人才需求的定位。