過程設備設計力學基礎(chǔ)

前言

《過程設備設計》是過程裝備與控制工程專業(yè)學生最重要的專業(yè)課程之一，是一門以固體力學作為基礎(chǔ)的課程。然而，鑒于專業(yè)課程學時的限制，目前已有教材中所涉及的力學基礎(chǔ)知識普遍過于簡單，不利于學生對設計思想和技術(shù)的理解和掌握。本書是對有關(guān)過程設備設計方面的力學基礎(chǔ)知識的整合、深化和補充，既保持了固體力學體系的系統(tǒng)性和連續(xù)性，又避免了個別內(nèi)容的交叉和重復；內(nèi)容精煉、結(jié)構(gòu)緊湊、重點突出、深度適宜，與當前已有相關(guān)教材中的力學內(nèi)容相比，不僅強化了基礎(chǔ)，而且還大大地減少了篇幅，有效地增加了教學信息量，對提高教學質(zhì)量、促進教學改革起到了一定的積極作用。本書在內(nèi)容編排上，力求淺入深出、循環(huán)漸進、概念明確、思路清晰、重點突出，對重點、難點在表達方式上作了改進，例如：對彈性力學平面問題重點突出應力解法，而對空間軸對稱問題則側(cè)重位移解法；為闡明工程中對拉彎組合應力的限制條件，在分析得出梁在拉彎組合作用下達到塑性極限狀態(tài)時的破壞條件的同時，導出了相應的強度條件，并標繪在以拉、彎無量綱應力為坐標的圖中，有利于學生對工程設計條件的理解；在介紹圓板軸對稱彎曲的疊加解法時，提出了載荷分解和區(qū)域分割兩種方法；在旋轉(zhuǎn)薄殼邊緣問題的求解中，通過引入作用與反作用關(guān)系，增強了對“橫推力”概念的理解，有效地改善了原有解法中存在的不足。本書除側(cè)重基本理論外，還特別注重理論與工程應用的緊密結(jié)合，并輔以大量的例題和習題。例題和習題聯(lián)系工程實際，有利于增強學生的工程意識和工作能力的培養(yǎng)。為了照顧初學者的水平，書中的某些理論分析和公式推導比較詳細，這對于已具備這方面知識的讀者顯得有些繁瑣，而對于相關(guān)數(shù)學知識欠缺的讀者又覺得有些困難。這類讀者可以越過這些內(nèi)容閱讀其他部分。本書第1-2章由蔣文春編寫；第3-6章由李國成編寫；全書由李國成統(tǒng)稿。本書在編寫過程中，得到了中國石化出版社領(lǐng)導和責任編輯的大力支持和悉心指導，在此一并表示誠摯的感謝！由于作者水平所限，書中的不足和錯誤在所難免，懇切希望廣大讀者朋友批評指正。

內(nèi)容概要

本書為過程裝備與控制工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論教學用書，全面系統(tǒng)地闡述了過程設備設計相關(guān)的力學知識與基本理論。全書共分六章，主要內(nèi)容包括：彈性力學基礎(chǔ)、塑性力學簡介、薄板理論、旋轉(zhuǎn)薄殼理論、外壓殼體的穩(wěn)定性分析和壓力容器的低周疲勞。    本書結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)容翔實、深入淺出。除側(cè)重基本理論外，還特別注意理論與工程應用的結(jié)合，并輔以適當?shù)睦}和習題。    本書可供從事過程工業(yè)設備設計、制造、維護、管理及安全評定等方面的工程技術(shù)人員使用，也可供大專院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

第1章  彈性力學基礎(chǔ)  §1．1  彈性力學的任務、分析方法及有關(guān)概念    §1．1．1  彈性力學的任務與基本假設    §1．1．2  彈性力學的研究對象和分析方法    §1．1．3有關(guān)基本概念  §1．2  彈性力學的平面問題    §1．2．1  平面應力與平面應變    §1．2．2  平面問題的基本方程    §1．2．3  平面問題的邊界條件    §1．2．4  圣維南原理    §1．2．5  平面問題的解法    §1．2．6  常體力情況與應力函數(shù)    §1．2．7  逆解法和半逆解法  §1．3  彈性力學平面問題的極坐標解答    §1．3．1  極坐標下的基本方程    §1．3．2  極坐標下的應力函數(shù)與相容方程    §1．3．3  平面軸對稱問題    §1．3．4  解法舉例  §1．4  彈性力學空間軸對稱問題    §1．4．1  空間軸對稱問題的基本方程    §1．4．2  空間軸對稱問題的位移法解    §1．4．3  受內(nèi)、外壓作用的單層厚壁圓筒    §1．4．4  熱應力問題    §1．4．5  熱套式厚壁圓筒的應力分析    §1．4．6  層板包扎式厚壁圓筒的應力分析  習題第2章  塑性力學簡介  §2．1  簡單應力狀態(tài)下的塑性力學問題    §2．1．1  基本試驗結(jié)果與塑性變形規(guī)律    §2．1．2  應力一應變曲線的簡化模型    §2．1．3  簡單梁的極限載荷分析    §2．1．4  極限設計準則與安定性概念  §2．2  復雜應力狀態(tài)下的彈塑性力學問題    §2．2．1  屈服條件    §2．2．2  厚壁圓筒的彈塑性分析    §2．2．3  自增強彈一塑性界面半徑的確定  習題第3章  薄板理論  §3．1  薄板的基本概念與假設  §3．2  圓板軸對稱彎曲基本方程    §3．2．1  平衡方程    §3．2．2  幾何關(guān)系    §3．2．3  物理方程    §3．2．4  彈性撓曲微分方程  §3．3  圓板的計算    §3．3．1  受均布載荷和彎矩作用的圓板    §3．3．2  受均布彎矩和剪力作用的環(huán)板    §3．3．3  圓板計算的疊加方法  §3．4  形薄板計算簡介  習題第4章  旋轉(zhuǎn)薄殼理論  §4．1  旋轉(zhuǎn)薄殼的基本概念    §4．1．1  旋轉(zhuǎn)薄殼的幾何概念    §4．1．2  基本假設    §4．1．3  外力與內(nèi)力  §4．2  旋轉(zhuǎn)薄殼的無力矩理論    §4．2．1  無力矩理論的基本方程    §4．2．2  典型殼體的薄膜應力    §4．2．3  旋轉(zhuǎn)薄殼的薄膜變形分析    §4．2．4  無力矩理論的應用條件  §4．3  乏轉(zhuǎn)薄殼的邊緣問題一有力矩理論    §4．3．1  圓柱殼邊緣彎曲基本方程    §4．3．2  圓柱殼的邊緣彎曲解    §4．3．3  一般旋轉(zhuǎn)殼體的邊緣彎曲解    §4．3．4  邊緣力系求解與應力計算    §4．3．5  邊緣應力的性質(zhì)及在設計中的考慮  習題第5章  外壓殼體的穩(wěn)定性分析  §5．1  外壓殼體的失穩(wěn)與臨界壓力    §5．1．1  外壓殼體的失穩(wěn)    §5．1．2  臨界壓力與臨界壓應力  §5．2  外壓圓筒的彈性失穩(wěn)分析    §5．2．1  外壓圓環(huán)的臨界壓力    §5．2．2  徑向外壓長圓筒的臨界壓力    §5．2．3  徑向外壓短圓筒的臨界壓力    §5．2．4  長短圓筒的臨界長度    §5．2．5  軸向壓縮載荷及徑向外壓聯(lián)合作用下的失穩(wěn)    §5．2．6  形狀缺陷對圓筒穩(wěn)定性的影響  §5．3  其他回轉(zhuǎn)薄殼的臨界壓力    §5．3．1  外壓球殼的臨界壓力    §5．3．2  碟形殼和橢球殼的臨界壓力    §5．3．3  錐殼的臨界壓力  習題第6章  壓力容器的低周疲勞  §6．1  疲勞破壞的有關(guān)概念    §6．1．1  疲勞破壞的特征    §6．1．2  交變應力的循環(huán)特征    §6．1．3  高周疲勞曲線與疲勞極限    §6．1．4等疲勞壽命曲線  §6．2  低周疲勞曲線    §6．2．1  低周疲勞與高周疲勞的聯(lián)系與區(qū)別    §6．2．2  低周疲勞曲線方程    §6．2．3  低周疲勞設計曲線  §6．3  平均應力對低周疲勞曲線的影響及其修正    §6．3．1  低周疲勞中的平均應力    §6．3．2  考慮平均應力影響的疲勞壽命計算    §6．3．3  低周疲勞曲線的修正  §6．4  復雜應力狀態(tài)下等效交變應力幅值的計算    §6．4．1  基于彈性分析的Sa計算    §6．4．2  基于彈塑性分析的a計算  §6．5疲勞累積損傷準則  習題參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：§1.1.1彈性力學的任務與基本假設彈性力學是研究可變形固體（簡稱變形體或物體）在彈性范圍內(nèi)由于外力的作用或溫度的變化而產(chǎn)生的應力、應變和位移及其分布規(guī)律的一門學科，是固體力學的一個重要分支，其基本任務是解決工程實際結(jié)構(gòu)中的強度、剛度和穩(wěn)定性問題。就其任務而言，彈性力學與材料力學是相似的，因此材料力學中有關(guān)材料的均勻連續(xù)假設和各向同性假設，以及關(guān)于變形體的小變形假設也適用于彈性力學。即：（1）均勻連續(xù)假設即認為整個物體體積內(nèi)毫無空隙地充滿了均勻的同種物質(zhì)，由此所有物理量，如應力、應變、位移和密度等，都可以表示成坐標的連續(xù)函數(shù)。（2）各向同性假設即認為物體內(nèi)各質(zhì)點的物理性質(zhì)，如彈性模量、泊松比和彈性極限等，在各個方向都相同，不隨方向的變化而變化。（3）小變形假設假定變形體在外部載荷作用下的變形與其本身尺寸相比很小，以至于在考慮各部分的受力平衡時，可以不考慮由于變形引起的尺寸改變。換句話說，可以用變形前的尺寸代替變形后的尺寸，反之亦然；在考慮幾何關(guān)系時，可以略去位移項的高階微量，使方程成為線性?！?.1.2彈性力學的研究對象和分析方法彈性力學與材料力學雖都屬于固體力學的范疇，但在研究對象和分析方法上二者是不同的。材料力學僅限于研究細長的桿狀構(gòu)件和比較簡單的桿件系統(tǒng)，并且除了上述對變形體所作的基本假設外，還采用了關(guān)于截面變形或應力分布之類的假設，如梁彎曲問題中的直法線假設等，因此可采用截面法來建立分析求解的基本方程；而彈性力學適于研究各種三維實體結(jié)構(gòu)，但因其幾何形狀和受力的復雜性，一般不能采用截面變形或應力分布之類的假設，只能從微小的單元體人手來建立分析求解的基本方程。

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