过程设备设计(【)教案 绪论(2学时) (总第0-2学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 1. 本课程简介：专业核心课、特色课。对象：化工静设备 1过程设备的应用举例： 2. 常用参考书简介：王志文的《化工容器设计》，聂清德的《化工设备设计》等。 (1)生活中的压力锅（火焰加热容器，绘图）： 3.绪论主要内容： (2)移动压力容器（医用氧气瓶工业用气瓶等） (1)过程设备的应用：所有的工业过程 2.材料的强度保证：绘应力-应变图，讲解屈服点、 (2)过程设备的特点：非标设备、化机电一体化、外壳一般为压力容器。 抗拉强度、弹性范围、塑 (3)过程设备的基本要求：安全可靠、满足过程要求、综合经济性好、易于操作 性范围、材料失效、韧性、 维护和控制、优良的环境性能。 材料曲线与温度的关系 (4)过程设备设计概述：基本设计步骤、影响参数设计的因素。 等概念。 (5)本课程的内容：14章：压力容器设计（具体内容？为什么？）、5-8章：化3.本课程学时安排：对照课本目录将全部课本70 工设备设计（四种设备的设计？结果？）。 学时的进度安排告知学生。 互动题目： 作业题（思考题）： 请举几个你见到的生活中的压力容器的例子？ 2 请说说设备有压力和没有压力时设计应有什么区别？ 对于里面有化学反应的容器是否应对压力、温度进行监测、控制？
过程设备设计（Ⅰ）教案 绪论（2 学时） （总第 0-2 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 1. 本课程简介：专业核心课、特色课。对象：化工静设备 2. 常用参考书简介：王志文的《化工容器设计》，聂清德的《化工设备设计》等。 3. 绪论主要内容： （1）过程设备的应用：所有的工业过程 （2）过程设备的特点：非标设备、化机电一体化、外壳一般为压力容器。 （3）过程设备的基本要求：安全可靠、满足过程要求、综合经济性好、易于操作、 维护和控制、优良的环境性能。 （4）过程设备设计概述：基本设计步骤、影响参数设计的因素。 （5）本课程的内容：1-4 章：压力容器设计（具体内容？为什么？）、5-8 章：化 工设备设计（四种设备的设计？结果？）。 1.过程设备的应用举例： （1）生活中的压力锅（火焰加热容器，绘图）； （2）移动压力容器（医用氧气瓶工业用气瓶等） 2. 材料的强度保证：绘应力-应变图，讲解屈服点、 抗拉强度、弹性范围、塑 性范围、材料失效、韧性、 材料曲线与温度的关系 等概念。 3. 本课程学时安排：对照课本目录将全部课本 70 学时的进度安排告知学生。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 请举几个你见到的生活中的压力容器的例子？ 2. 请说说设备有压力和没有压力时设计应有什么区别？ 3. 对于里面有化学反应的容器是否应对压力、温度进行监测、控制？ 无
过程设备设计(【)教案 1.1压力容器总体结构(1学时)，12压力容器分类(1学时) (总第3-4学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 1.1压力容器总体结构 1.筒体制作方法以及对比 1.压力容器基本组成： 三棍滚圆机、四棍滚圆机卷压简体：用锻件等， (1)筒体：(2)封头：(3)密封装置：(4)开孔与接管：(5)支座：(6) 讲述筒体的加工工艺。 安全附件。 2.椭圆封头制作方法以及对比 2.压力容器零部件间的焊接 用水压机或油压机冲压，旋压机旋压，大直径封 焊接结构设计（接头的形式（如对接、搭接、角接）：坡口形式和尺寸：焊接方 头的板材拼接等内容。 法（如手工焊、自动焊等）：检验要求（表面探伤、透射探伤等）) 3.焊接全过程：开坡口、焊接、焊后检验（破坏 1.2压力容器分类 性检验、无损检验) 1,介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等。 4.《容规》将压力容器分为三类。依据： 2.压力容器分类：按压力等级、按容器在生产中的作用、按安装方式、按安全技 (1)压力P:(2)压力×容积：(3)介质危害程 术管理分类。 度：(4)容器的作用 互动题目： 作业题（思考题）： 1.一般中低压容器的圆筒体是采用锻件还是钢板卷制而成？ P21:1,2 3 在对接、搭接、角接这三种焊接基本形式中，哪种焊接结构最好？ 在容器的分类方法中，哪种方法最为合理，为什么？
过程设备设计（Ⅰ）教案 1.1 压力容器总体结构（1 学时），1.2 压力容器分类（1 学时） （总第 3-4 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 1.1 压力容器总体结构 1. 压力容器基本组成： （1） 筒体；（2）封头；（3）密封装置；（4）开孔与接管；（5）支座；（6） 安全附件。 2. 压力容器零部件间的焊接 焊接结构设计（接头的形式（如对接、搭接、角接）；坡口形式和尺寸；焊接方 法（如手工焊、自动焊等）；检验要求（表面探伤、透射探伤等）） 1.2 压力容器分类 1. 介质危害性：指介质的毒性、易燃性、腐蚀性、氧化性等。 2. 压力容器分类：按压力等级、按容器在生产中的作用、按安装方式、按安全技 术管理分类。 1. 筒体制作方法以及对比 三棍滚圆机、四棍滚圆机卷压筒体；用锻件等， 讲述筒体的加工工艺。 2. 椭圆封头制作方法以及对比 用水压机或油压机冲压，旋压机旋压，大直径封 头的板材拼接等内容。 3. 焊接全过程：开坡口、焊接、焊后检验（破坏 性检验、无损检验） 4.《容规》将压力容器分为三类。依据： （1）压力 p；（2）压力×容积；（3）介质危害程 度；（4）容器的作用 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 一般中低压容器的圆筒体是采用锻件还是钢板卷制而成？ 2. 在对接、搭接、角接这三种焊接基本形式中，哪种焊接结构最好？ 3. 在容器的分类方法中，哪种方法最为合理，为什么？ P21：1,2
过程设备设计(【)教案 1.3压力容器规范标准(1学时)，2.1载荷分析(1学时) (总第5-6学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 13.1国外主要规范标准简介 1.展示国内各种标准：（太多，不全列出) 1.美国ASME规范 《压力容器安全技术监察规程》 2.日本压力容器标准 GB150-1998《钢制压力容器》 3.欧盟压力容器标准 GB151-1999《管壳式换热器》 13.2国内主要规范标准简介 JB4710-2005《钢制塔式容器》 《压力容器安全技术监察规程》：《超高压容器安全技术监察规程》 JB4731-2005《钢制卧式容器》 GB150-1998《钢制压力容器》：JB4732-2005《钢制压力容器一分析设计标准》 JB4700-4707-2000《压力容器法兰》 2.1.1载荷 JB4732-2005《钢制压力容器一分析设计标准》 压力载荷、非压力载荷、交变载荷 2.绘图举例： 2.1.2载荷工况 塔在三种基本工况下的受力情况 定义、三种基本工况（正常操作工况、特殊载荷工况、意外载荷工况） 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 各国为什么都要制定相应的压力容器标准？ P21:3,4 课本p379附录A中压力容器设计的常用标准有哪些？ 3.为什么要区分三种不同的载荷工况？
过程设备设计（Ⅰ）教案 1.3 压力容器规范标准（1 学时），2.1 载荷分析（1 学时） （总第 5-6 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 1.3.1 国外主要规范标准简介 1. 美国 ASME 规范 2. 日本压力容器标准 3. 欧盟压力容器标准 1.3.2 国内主要规范标准简介 《压力容器安全技术监察规程》；《超高压容器安全技术监察规程》 GB150-1998《钢制压力容器》；JB 4732-2005《钢制压力容器－分析设计标准》 2.1.1 载荷 压力载荷、非压力载荷、交变载荷 2.1.2 载荷工况 定义、三种基本工况（正常操作工况、特殊载荷工况、意外载荷工况） 1. 展示国内各种标准：（太多，不全列出） 《压力容器安全技术监察规程》 GB150-1998《钢制压力容器》 GB151-1999《管壳式换热器》 JB 4710-2005《钢制塔式容器》 JB 4731-2005《钢制卧式容器》 JB 4700-4707-2000《压力容器法兰》 JB 4732-2005《钢制压力容器－分析设计标准》 2. 绘图举例： 塔在三种基本工况下的受力情况 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 各国为什么都要制定相应的压力容器标准？ 2. 课本 p379 附录 A 中压力容器设计的常用标准有哪些？ 3. 为什么要区分三种不同的载荷工况？ P21：3,4
过程设备设计(【)教案 2.2.1薄壁圆筒的应力2.2.2回转薄壳的无力矩理论2.2.3无力矩理论的基本方程（共2学时） (总第7-8学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 概念：壳体、壳体中面、薄壳、薄壁圆柱壳或薄壁圆筒、厚壁圆柱壳或厚壁圆筒 1.薄壁与厚壁容器的分界线：Do/Di≤1.1-1.2 2.2.1薄壁圆筒的应力 2.为什么采用先从特殊到一般，再从一般到特殊 推导思路：特殊壳体一般壳体特殊壳体 的推导过程： 基本假设。圆柱面上任一点应力分析。三向应力状态两向应力状态。截面法求 两向应力：0。=20。 特殊（圆柱体，两向应力可求出），一般（任意 2.2.2回转薄壳的无力炬理论 回转壳，方程联立可求出两向应力)，一般（压 1.回转薄壳的几何要素：回转薄壳、母线、极点、经线平面、经线、平行圆、法 力容器常用壳体，采用一般的结论，均可求出两 线、第一主曲率半径R1、第二主曲率半径R2、平行圆半径 向应力) 2.无力矩理论与有力矩理论 无力矩理论或薄膜理论（静定）、有力矩理论或弯曲理论（静不定） 3.本节所讲的薄壁壳体均是采用无力矩理论。 2.2.3无力矩理论的基本方程 4.绘图：微元体的力平衡（图25）、部分容器静 上亮体微元及其内力分量.2微元平衡方程（图2,5)受受-号 力平衡（图2-6）-ppt翻页后还能够根据黑板 3.区域平衡方程（图2-6）V='=2πrg1cosa 上的图形继续讲解。 互动题目： 作业题（思考题）： 薄壁容器是儿向应力状态？为什么不是三向应力状态哪？ P84:1,2 P85:1 2. 回转薄壳的定义是什么？薄壁圆筒体是回转薄壳吗？为什么？ 3 为什么要采用微元平衡方程和区域平衡方程联立求解两向应力？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.2.1 薄壁圆筒的应力 2.2.2 回转薄壳的无力矩理论 2.2.3 无力矩理论的基本方程（共 2 学时） （总第 7-8 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 概念：壳体、壳体中面、薄壳、薄壁圆柱壳或薄壁圆筒、厚壁圆柱壳或厚壁圆筒 2.2.1 薄壁圆筒的应力 推导思路：特殊壳体--一般壳体--特殊壳体 基本假设。圆柱面上任一点应力分析。三向应力状态---两向应力状态。截面法求 两向应力： 2 σθ = σϕ 2.2.2 回转薄壳的无力矩理论 1. 回转薄壳的几何要素：回转薄壳、母线、极点、经线平面、经线、平行圆、法 线、第一主曲率半径 R1、第二主曲率半径 R2、平行圆半径 r 2. 无力矩理论与有力矩理论 无力矩理论或薄膜理论（静定）、有力矩理论或弯曲理论（静不定） 2.2.3 无力矩理论的基本方程 1. 壳体微元及其内力分量。2. 微元平衡方程（图 2-5） 1 2 p RR t ϕ θ σ σ+ = 3. 区域平衡方程（图 2-6） ' 2 cos VV r t = = π mσ α ϕ 1. 薄壁与厚壁容器的分界线：Do/Di≤1.1-1.2 2. 为什么采用先从特殊到一般，再从一般到特殊 的推导过程： 特殊（圆柱体，两向应力可求出），一般（任意 回转壳，方程联立可求出两向应力），一般（压 力容器常用壳体，采用一般的结论，均可求出两 向应力） 3. 本节所讲的薄壁壳体均是采用无力矩理论。 4. 绘图：微元体的力平衡（图 2-5）、部分容器静 力平衡（图 2-6）----ppt 翻页后还能够根据黑板 上的图形继续讲解。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 薄壁容器是几向应力状态？为什么不是三向应力状态哪？ 2. 回转薄壳的定义是什么？薄壁圆筒体是回转薄壳吗？为什么？ 3. 为什么要采用微元平衡方程和区域平衡方程联立求解两向应力？ P84: 1,2 P85: 1
过程设备设计(【)教案 2.2.4无力矩理论的应用2.2.5回转薄壳的不连续分析(2学时) (总第9-10学时) 主要内容：（ppt) 板书：（对ppt的补充） 2.2.4无力矩理论的应用 1. 要求学生会推导并记忆球形壳体、薄壁圆筒承 1.承受气体内压的回转薄壳：球形壳体、薄壁圆筒、锥形壳体、椭球形壳体 受气压的两向应力公式。 2.储存液体的回转薄壳：圆筒形壳体、球形壳体 2.改正图2-9的错误，并推导a/=1.1.42.2.3四种 3.无力矩理论应用条件：①②③ 情况下当x=0时两向应力的值。（图中的纵坐标 应为pah:第4张图中交点是1.5而不是2.0) 2.2.5回转薄壳的不连续分析 3.2.2.5节的推导思路仍然是特例（圆柱壳） 1,不连续效应与不连续分析的基本方法：不连续效应、不连续分析的基本方法 一般(p40没讲)--特例（厚平板与圆柱壳的 2.圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解：求解基本微分方程、求微分方程的 连接) 解、求内力、求应力 “一般”情况没有讲，主要是因为太复杂。 3.组合壳不连续应力的计算举例：以圆平板与圆柱壳连接时的边缘应力计算为 4.当弯曲应力与薄膜应力是同一数量级时必 例，说明边缘应力计算方法。 须考虑弯曲应力。 4.不连续应力的特性：局部性、自限性 5 造成不连续的可能性：曲率突变、厚度突变、 5.不连续应力的工程处理 载荷突变、温度突变、 材料突变等。 塑性材料、受静载荷：设计中一般不作具体计算，仅结构上作局部处理。 6.壳体应力--薄膜解（一次解、主要解）：有矩 脆性材料、受疲劳载荷，或低温载荷：对过高的不连续应力十分敏感，可能导 解（二次解、次要解） 致疲劳失效或脆性破坏。设计中按有关规定计算并限制不连续应力。 互动题目： 作业题（思考题）： 对于承受气体内压、储存液体的回转薄壳在计算壳体内力时是否考虑了壳体的P84:3,4 重量，为什么？ P85:2,3.4,5,6 2. 对于回转薄壳为什么要进行不连续分析？ 3. 复杂的不连续应力计算在一般工程计算中是否必须做？工程上如何处理？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.2.4 无力矩理论的应用 2.2.5 回转薄壳的不连续分析（2 学时） （总第 9-10 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 2.2.4 无力矩理论的应用 1. 承受气体内压的回转薄壳：球形壳体、薄壁圆筒、锥形壳体、椭球形壳体 2. 储存液体的回转薄壳：圆筒形壳体、球形壳体 3. 无力矩理论应用条件：①②③ 2.2.5 回转薄壳的不连续分析 1. 不连续效应与不连续分析的基本方法：不连续效应、不连续分析的基本方法 2. 圆柱壳受边缘力和边缘力矩作用的弯曲解：求解基本微分方程、求微分方程的 解、求内力、求应力 3. 组合壳不连续应力的计算举例：以圆平板与圆柱壳连接时的边缘应力计算为 例，说明边缘应力计算方法。 4. 不连续应力的特性：局部性、自限性 5. 不连续应力的工程处理 塑性材料、受静载荷：设计中一般不作具体计算，仅结构上作局部处理。 脆性材料、受疲劳载荷，或低温载荷：对过高的不连续应力十分敏感，可能导 致疲劳失效或脆性破坏。设计中按有关规定计算并限制不连续应力。 1. 要求学生会推导并记忆球形壳体、薄壁圆筒承 受气压的两向应力公式。 2. 改正图 2-9 的错误，并推导 a/b=1,1.42,2,3 四种 情况下当 x=0 时两向应力的值。（图中的纵坐标 应为 pa/t；第 4 张图中交点是 1.5 而不是 2.0） 3. 2.2.5 节的推导思路仍然是特例（圆柱壳）---- 一般（p40 没讲）----特例（厚平板与圆柱壳的 连接） “一般”情况没有讲，主要是因为太复杂。 4. 当弯曲应力与薄膜应力是同一数量级时----必 须考虑弯曲应力。 5. 造成不连续的可能性：曲率突变、厚度突变、 载荷突变、温度突变、 材料突变等。 6. 壳体应力----薄膜解（一次解、主要解）；有矩 解（二次解、次要解） 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 对于承受气体内压、储存液体的回转薄壳在计算壳体内力时是否考虑了壳体的 重量，为什么？ 2. 对于回转薄壳为什么要进行不连续分析？ 3. 复杂的不连续应力计算在一般工程计算中是否必须做？工程上如何处理？ P84: 3,4 P85: 2,3,4,5,6
过程设备设计(1)教案 2.3.1弹性应力(2学时) (总第11-12学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 2.3.1弹性应力 1.对比厚壁、薄壁容器的儿何特征：Do/D1-1.1-1.2 1.厚壁容器：Do/Di>1.1-12。应力特征、分析方法. 2.对比厚壁、薄壁容器的受力状态：三向、两向 2.压力载荷引起的弹性应力 3.对比厚壁、薄壁容器的分析方法：厚壁要从平 通过取微元体，分析应力和变形及它们之间的相互关系，将平衡、几何和物 衡、几何、物理等三个方面分析：薄壁从微元平 理方程综合求解，得到应力的微分方程，求出三向应力--Lamè（拉美）公式 衡方程、区域平衡方程两个方面分析。 分析厚壁圆筒的筒壁应力值：并用图形（图2-17）表达厚壁圆筒中各应力分 4.对比厚壁圆柱体、薄壁圆柱体的应力表达式： 量的分布。 厚壁是拉美公式，随半径发生变化： 3.温度变化引起的弹性热应力 a=4+月，0，=4-5，=小 (1)热应力：定义：三种约束情况下热应力的分布（单向约束、双向约束、三向 约束) 薄壁不随半径发生变化，即沿整个壁厚两向应力 (2)厚壁圆筒的热应力：教材给出当厚壁圆筒对称于中心轴且为沿轴向不变的温 均布：=兴，=览=20 度场时，稳态传热状态下，三向热应力的表达式。并给出筒体内部加热、外 部加热情况下厚壁圆筒中的热应力分布规律（图220）。 5.将图2-17中的三向应力都画在图形的右壁面 (3)内压与温差同时作用引起的弹性应力：教材给出厚壁圆筒在内压与温差作用 上，并分析这三向应力之间的关系。 下的总应力：以及在内加热情况、外加热情况下厚壁筒内的综合应力（图2-21） 6.作图：将厚壁圆筒中的各向应力分布图（图2-17） 4.热应力的特点 与厚壁圆筒中的热应力分布图（图2-20）叠加， 就可以得到厚壁筒内的综合应力图（图2-21）。 互动题目： 作业题（思考题）： 1.厚壁与薄壁容器有什么不同（从几何、受力、应力分析方法等方面考虑）？ P84:5,7 2.应力推导公式同样是取微元进行分析，但厚壁与薄壁所取的微元有什么不同？ P86:7 3. 求解内压与温差同时作用时所引起的弹性应力时为什么在同一个方向上可以 代数叠加？前提条件是什么？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.3.1 弹性应力（ 2 学时） （总第 11-12 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 2.3.1 弹性应力 1. 厚壁容器：Do/Di ＞1.1-1.2。应力特征、分析方法。 2. 压力载荷引起的弹性应力 通过取微元体，分析应力和变形及它们之间的相互关系，将平衡、几何和物 理方程综合求解，得到应力的微分方程，求出三向应力---- Lamè（拉美）公式 分析厚壁圆筒的筒壁应力值；并用图形（图 2-17）表达厚壁圆筒中各应力分 量的分布。 3. 温度变化引起的弹性热应力 （1）热应力：定义；三种约束情况下热应力的分布（单向约束、双向约束、三向 约束） （2）厚壁圆筒的热应力：教材给出当厚壁圆筒对称于中心轴且为沿轴向不变的温 度场时，稳态传热状态下，三向热应力的表达式。并给出筒体内部加热、外 部加热情况下厚壁圆筒中的热应力分布规律（图 2-20）。 （3）内压与温差同时作用引起的弹性应力：教材给出厚壁圆筒在内压与温差作用 下的总应力；以及在内加热情况、外加热情况下厚壁筒内的综合应力（图 2-21） 4. 热应力的特点 1. 对比厚壁、薄壁容器的几何特征：Do/Di---1.1-1.2 2. 对比厚壁、薄壁容器的受力状态：三向、两向 3. 对比厚壁、薄壁容器的分析方法：厚壁要从平 衡、几何、物理等三个方面分析；薄壁从微元平 衡方程、区域平衡方程两个方面分析。 4. 对比厚壁圆柱体、薄壁圆柱体的应力表达式： 厚壁是拉美公式，随半径发生变化； 2 B A r σθ = + ， r 2 B A r σ = − ，σ z = A 薄壁不随半径发生变化，即沿整个壁厚两向应力 均布； , 2 pR pR t t σ σ θ ϕ = = ， 2 σθ = σ ϕ 5. 将图 2-17 中的三向应力都画在图形的右壁面 上，并分析这三向应力之间的关系。 6. 作图：将厚壁圆筒中的各向应力分布图（图2-17） 与厚壁圆筒中的热应力分布图（图 2-20）叠加， 就可以得到厚壁筒内的综合应力图（图 2-21）。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 厚壁与薄壁容器有什么不同（从几何、受力、应力分析方法等方面考虑）？ 2. 应力推导公式同样是取微元进行分析，但厚壁与薄壁所取的微元有什么不同？ 3. 求解内压与温差同时作用时所引起的弹性应力时为什么在同一个方向上可以 代数叠加？前提条件是什么？ P84: 5,7 P86: 7
过程设备设计(【)教案 2.3.2,2.3.3,2.3.4(共1学时)：2.4.1,2.4.2.（共1学时） (总第13-14学时) 主要内容：（ppt) 板书：（对ppt的补充） 2.3.2弹塑性应力 1.绘图：将图2-17中的三向应力都画在图形的右 1.弹塑性应力：处于弹塑性状态的厚壁圆筒。塑性区应力：弹性区应力。 壁面上，并与图2-25弹塑性区加载时的应力分 2.残余应力：卸载定理。塑性区、弹性区中的残余应力。弹塑性区的应力分布。 布相对比，结果表明在弹性区其应力分布是相同 的，塑性区不同：卸载后弹性区、塑性区均不相 2.3.3屈服压力和爆破压力 同。 1.爆破过程。2.屈服压力：初始屈服压力：全屈服压力。3.爆破压力。 2.自增强处理：厚壁圆筒体制造完成后，先在内 2.3.4提高屈服承载能力的措施 部施加内压使其屈服，而外层为弹性状态：卸压 1.增加壁厚。2.对圆筒施加外压。3.自增强处理。 后，内层材料受到压缩预应力作用，外层材料处 于拉伸状态。当筒体承受工作内压时，内层总的 2.4.1概述（平板应力分析） 应力为残余压应力与弹性拉伸应力的叠加，总应 1平板的应用。2.平板的几何特征及平板分类。3.载荷与内力 力下降。外层总应力上升。 2.4.2圆平板对称弯曲微分方程 结论：沿壁厚方向应力分布较为均匀。充分地利 分析模型，微元体的取法： 用了筒体的材料。 3.弹性薄板小挠度理论的基本假设与梁分析基本 由平衡方程、几何方程、物理方程、圆平板轴对称弯曲的小挠度微分方程，最后 假设的对比： 求出受轴对称横向载荷圆形薄板小挠度弯曲微分方程 板可以看成是二维的，梁是一维的。 梁的平面假设。 互动题目： 作业题（思考题）： 1.厚壁容器为什么要进行弹塑性分析？薄壁容器存在这个问题吗？ P84:9.11 2.残余应力是如何产生的？ P86:8 3.厚壁容器为什么要进行自增强处理？ 4.圆平板分析的微元体取法与轴对称薄壳、厚壁圆柱体的微元体取法是否相同？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.3.2，2.3.3，2.3.4（共 1 学时）；2.4.1，2.4.2. （共 1 学时） （总第 13-14 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 2.3.2 弹塑性应力 1. 弹塑性应力：处于弹塑性状态的厚壁圆筒。塑性区应力；弹性区应力。 2. 残余应力：卸载定理。塑性区、弹性区中的残余应力。弹-塑性区的应力分布。 2.3.3 屈服压力和爆破压力 1. 爆破过程。2. 屈服压力：初始屈服压力；全屈服压力。3. 爆破压力。 2.3.4 提高屈服承载能力的措施 1. 增加壁厚。2. 对圆筒施加外压。3. 自增强处理。 2.4.1 概述（平板应力分析） 1. 平板的应用。2. 平板的几何特征及平板分类。3. 载荷与内力 2.4.2 圆平板对称弯曲微分方程 分析模型，微元体的取法； 由平衡方程、几何方程、物理方程、圆平板轴对称弯曲的小挠度微分方程，最后 求出受轴对称横向载荷圆形薄板小挠度弯曲微分方程 1. 绘图：将图 2-17 中的三向应力都画在图形的右 壁面上，并与图 2-25 弹-塑性区加载时的应力分 布相对比，结果表明在弹性区其应力分布是相同 的，塑性区不同；卸载后弹性区、塑性区均不相 同。 2. 自增强处理：厚壁圆筒体制造完成后，先在内 部施加内压使其屈服，而外层为弹性状态；卸压 后，内层材料受到压缩预应力作用，外层材料处 于拉伸状态。当筒体承受工作内压时，内层总的 应力为残余压应力与弹性拉伸应力的叠加，总应 力下降。外层总应力上升。 结论：沿壁厚方向应力分布较为均匀。充分地利 用了筒体的材料。 3. 弹性薄板小挠度理论的基本假设与梁分析基本 假设的对比： 板可以看成是二维的，梁是一维的。 梁的平面假设。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 厚壁容器为什么要进行弹塑性分析？薄壁容器存在这个问题吗？ 2. 残余应力是如何产生的？ 3. 厚壁容器为什么要进行自增强处理？ 4. 圆平板分析的微元体取法与轴对称薄壳、厚壁圆柱体的微元体取法是否相同？ P84: 9,11 P86: 8
过程设备设计(1)教案 2.4.3,2.4.4(1学时)：2.5.1(1学时) (总第15-16学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 2.4.3圆平板中的应力 1.补充：梁的切应力沿梁高度上的分布： 1.承受均布载荷时圆平板中的应力 (1)周边固支圆平板。(2)周边简支圆平板。(3)支承对平板刚度和强度的影 哭的最大切应力公式：一品 2 bh 响。(4)薄圆平板应力特点。 2在均布载荷p作用下，圆平板柱面上的最大剪 2.承受集中载荷时圆平板中的应力 3p迟，它与(R1)同一数量级， 2.4.4承受轴对称载荷时环板中的应力 应力为：tm一41 (1)环板(2)圆环（环板内半径和外半径比较接近） 而最大正应力与(R/t)2同一数量级：因此，对于 2.5.1概述（壳体的稳定性分析） R口t的薄板，板内的正应力远大于切应力。 1.失稳现象 (1)外压容器举例。(2)承受外压壳体失效形式。(3)失稳现象。(4)失稳类型 3.将受均布载荷的薄圆平板的应力特点与简支梁 2.临界压力 进行对比(4条)： (1)临界压力。(2)失稳现象。(3)影响Pcr的因素 板可以看成是二维的，梁是一维的。 4. 内压与外压容器失效形式的不同： 强度失效与失稳。强度问题主要通过增加壁厚 解决。失稳也可用增加薄厚的方法解决，但更 常用的方法不是增加壁厚。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 为什么要将圆平板的支承情况分为周边固支和周边简支两种典型情况？ P84:12,13,14 2. 从受力来看，周边固支和周边简支哪种情况受力较小？工程上如何选择？ P86:9,10,11,12 3.为什么外压容器常见的失效形式是失稳而不是强度破环？ 工程中的容器能在临界压力下工作吗？为什么？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.4.3，2.4.4（1 学时）；2.5.1 （1 学时） （总第 15-16 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 2.4.3 圆平板中的应力 1. 承受均布载荷时圆平板中的应力 （1）周边固支圆平板。（2）周边简支圆平板。（3）支承对平板刚度和强度的影 响。（4）薄圆平板应力特点。 2. 承受集中载荷时圆平板中的应力 2.4.4 承受轴对称载荷时环板中的应力 （1）环板（2）圆环（环板内半径和外半径比较接近） 2.5.1 概述（壳体的稳定性分析） 1. 失稳现象 （1）外压容器举例。（2）承受外压壳体失效形式。（3）失稳现象。（4）失稳类型 2. 临界压力 （1）临界压力。（2）失稳现象。（3）影响 Pcr 的因素 1. 补充：梁的切应力沿梁高度上的分布； 梁的最大切应力公式： max 32 Qbh τ = 2. 在均布载荷 p 作用下，圆平板柱面上的最大剪 应力为： max 34 pRt τ = ，它与( /) R t 同一数量级， 而最大正应力与 2 ( /) R t 同一数量级；因此，对于 R t 的薄板，板内的正应力远大于切应力。 3. 将受均布载荷的薄圆平板的应力特点与简支梁 进行对比（4 条）： 板可以看成是二维的，梁是一维的。 4. 内压与外压容器失效形式的不同： 强度失效与失稳。强度问题主要通过增加壁厚 解决。失稳也可用增加薄厚的方法解决，但更 常用的方法不是增加壁厚。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 为什么要将圆平板的支承情况分为周边固支和周边简支两种典型情况？ 2. 从受力来看，周边固支和周边简支哪种情况受力较小？工程上如何选择？ 3. 为什么外压容器常见的失效形式是失稳而不是强度破环？ 4. 工程中的容器能在临界压力下工作吗？为什么？ P84: 12,13,14 P86: 9,10,11,12
过程设备设计(【)教案 2.5.2,2.5.3（共1学时)：2.6典型局部应力(1学时) (总第17-18学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 2.5.2外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 1.对比长圆筒与短圆筒临界压力公式： 1.基本假设 2. 外压圆筒分成三类：长圆筒、短圆筒、刚性圆筒 3.受均布周向外压的长圆筒的临界压力 2 2.59E2 ,说明短圆筒与 4. 受均布周向外压的短圆筒的临界压力 筒体长度有关。 5.临界长度 2.由临界长度公式知：临界长度仅与几何尺寸有 6.周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳 7.形状缺陷对圆筒稳定性的影响 关.=0悟 2.5.3其他回转薄壳的的临界压力 3.我们已经学习了常用薄壁几何壳体的两向应力 半球壳、椭球壳、碟形壳、锥壳 计算公式（圆柱壳、球壳、标准椭球壳、碟形 2.6典型局部应力 壳、锥壳)，厚壁圆筒体三向应力计算公式。但 2.6.1概述： 这些曲面的交界面由于曲率不连续、材料不连 2.6.2受内压亮体与接管连接处的局部应力 续、载荷不连续等缘故会产生局部应力。 理论分析方法（薄膜解、弯曲解）、工程常用方法（如下）： 4.通常设计时局部应力并不精确计算，而是通过 (1)应力集中系数法。(2)经验公式。(3)数值计算。(4)应力测试。 局部结构处理等方法使其应力水平下降，并满 2.6.3降低局部应力的措施 足强度要求。 合理的结构设计、减少附件传递的局部载荷、尽量减少结构中的缺陷 互动题目： 作业题（思考题）： 1.外压圆筒根据什么分为长圆筒、短圆筒、刚性圆筒？ P84:15 2.工程中的外压圆筒常常希望采用哪种形式？为什么？ P86:13,14,15,16,17 3.为什么要考虑局部应力？ 4.工程上是否一定要消除局部应力？常用措施是什么？
过程设备设计（Ⅰ）教案 2.5.2，2.5.3（共 1 学时）；2.6 典型局部应力（1 学时） （总第 17-18 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 2.5.2 外压薄壁圆柱壳弹性失稳分析 1. 基本假设 2. 外压圆筒分成三类：长圆筒、短圆筒、刚性圆筒 3. 受均布周向外压的长圆筒的临界压力 4. 受均布周向外压的短圆筒的临界压力 5. 临界长度 6. 周向外压及轴向载荷联合作用下的失稳 7. 形状缺陷对圆筒稳定性的影响 2.5.3 其他回转薄壳的的临界压力 半球壳、椭球壳、碟形壳、锥壳 2.6 典型局部应力 2.6.1 概述： 2.6.2 受内压壳体与接管连接处的局部应力 理论分析方法（薄膜解、弯曲解）、工程常用方法（如下）： （1）应力集中系数法。（2）经验公式。（3）数值计算。（4）应力测试。 2.6.3 降低局部应力的措施 合理的结构设计、减少附件传递的局部载荷、尽量减少结构中的缺陷 1. 对比长圆筒与短圆筒临界压力公式： 3 2.2 cr o t p E D⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 与 2 2.59 cr O O Et p LD D t = ，说明短圆筒与 筒体长度有关。 2. 由临界长度公式知：临界长度仅与几何尺寸有 关。 1.17 o cr o D L D t = 3. 我们已经学习了常用薄壁几何壳体的两向应力 计算公式（圆柱壳、球壳、标准椭球壳、碟形 壳、锥壳），厚壁圆筒体三向应力计算公式。但 这些曲面的交界面由于曲率不连续、材料不连 续、载荷不连续等缘故会产生局部应力。 4. 通常设计时局部应力并不精确计算，而是通过 局部结构处理等方法使其应力水平下降，并满 足强度要求。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 外压圆筒根据什么分为长圆筒、短圆筒、刚性圆筒？ 2. 工程中的外压圆筒常常希望采用哪种形式？为什么？ 3. 为什么要考虑局部应力？ 4. 工程上是否一定要消除局部应力？常用措施是什么？ P84: 15 P86: 13,14,15,16,17
过程设备设计(1)教案 3.1压力容器材料，3.2压力容器制造工艺对钢材性能的影响（共2学时） (总第19-20学时) 主要内容：(ppt) 板书：（对ppt的补充） 3.1压力容器材料 1.常用钢材按5种方法分类： 3.1.1压力容器常用钥材 (1)化学成分。碳素钢、低合金钢、高合金钢。 1.钢材形状：2.钢材类型 (2)品质。普通钢、优质钢、高级优质钢、特级 3.1.2有色金属和非金属 优质钢。 1.有色金属：2.非金属材料 (3)治炼方法。炉别（如氧气转炉钢、电炉钢）、 32压力容器制造工艺对钢材性能的影响 脱氧程度（如镇静钢、半镇静钢、沸腾钢） 3.2.1塑性变形 和浇注制度（如连铸钢、模铸钢）。 1.应变硬化：2.热加工和冷加工：3.各向异性：4.应变时效 (4)金相组织。退火状态、正火状态。 3.2.2焊接 (5)用途。建筑及工程用钢、结构钢、工具钢 1.焊接接头的组织和性能：2.焊接应力与变形：3.减少焊接应力和变形的措施： 特殊性能钢、专业用钢（如压力容器用钢） 4.焊接接头常见缺陷：5.焊接接头检验 2.加工工艺名词解释： 3.2.3热处理 (1)轧制。(2)拉制。(3)挤压。(4)锻造（锻 1.焊后消除应力热处理 压)。(5)冷、热成型。(6)冷冲压。 2.改善综合性能热处理 3.钢材热处理名词解释： (1)退火。(2)正火。(3)淬火。(4)回火。(5) 调质。(6)固溶。(7)稳定化。 互动题目： 作业题（思考题）： 1.0Cr18Ni9与00C18Ni10Ti的主要区别是什么？ 复习工程材料及相关知识。 2. 钢板、锻件通常是各向异性材料还是各向同性材料？ 3. 超声波检测与X射线检测之间最大的区别是什么？分别用于什么场合？ 有色金属和不锈钢制造的压力容器是否需要热处理？为什么？
过程设备设计（Ⅰ）教案 3.1 压力容器材料，3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响（共 2 学时） （总第 19-20 学时） 主要内容：（ppt） 板书：（对 ppt 的补充） 3.1 压力容器材料 3.1.1 压力容器常用钢材 1. 钢材形状；2. 钢材类型 3.1.2 有色金属和非金属 1. 有色金属；2. 非金属材料 3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响 3.2.1 塑性变形 1. 应变硬化；2. 热加工和冷加工；3. 各向异性；4. 应变时效 3.2.2 焊接 1. 焊接接头的组织和性能；2. 焊接应力与变形；3. 减少焊接应力和变形的措施； 4. 焊接接头常见缺陷；5. 焊接接头检验 3.2.3 热处理 1. 焊后消除应力热处理 2. 改善综合性能热处理 1. 常用钢材按 5 种方法分类： （1）化学成分。碳素钢、低合金钢、高合金钢。 （2）品质。普通钢、优质钢、高级优质钢、特级 优质钢。 （3）冶炼方法。炉别（如氧气转炉钢、电炉钢）、 脱氧程度（如镇静钢、半镇静钢、沸腾钢） 和浇注制度（如连铸钢、模铸钢）。 （4）金相组织。退火状态、正火状态。 （5）用途。建筑及工程用钢、结构钢、工具钢、 特殊性能钢、专业用钢（如压力容器用钢） 2. 加工工艺名词解释： （1）轧制。（2）拉制。（3）挤压。（4）锻造（锻 压）。（5）冷、热成型。（6）冷冲压。 3. 钢材热处理名词解释： （1）退火。（2）正火。（3）淬火。（4）回火。（5） 调质。（6）固溶。（7）稳定化。 互动题目： 作业题（思考题）： 1. 0Cr18Ni9 与 00C18Ni10Ti 的主要区别是什么？ 2. 钢板、锻件通常是各向异性材料还是各向同性材料？ 3. 超声波检测与 X 射线检测之间最大的区别是什么？分别用于什么场合？ 4. 有色金属和不锈钢制造的压力容器是否需要热处理？为什么？ 复习工程材料及相关知识