化工机械设备第一章 物体受力分析和静力平衡方程

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。

思考题1. 怎样理解“力”这个概念？2. 哪些因素完全决定了力的作用效果？怎样用图来表示力？3. 什么是刚体？静力学为什么要引进刚体这个概念？4. 静力学所研究的是什么问题？5. 如果作用在物体上的两个力分别作用在两点，怎样求它们的合力？6. 什么情况下合力的大小就等于分力大小的代数和？合力是否必须大于每个分力？7. 什么是自由体、非自由体、约束？8. 什么是载荷？约束反力？9. 确定约束反力方向的基本原则是什么？怎样使用这个原则将实际约束看成典型约束？10. 工程上常见的约束有哪些类型？它们的约束反力各沿什么方向？11. 怎样的杆件是二力杆件？它所受的力沿什么方向？12. 什么是受力图？画受力图适应注意哪些问题？13. 什么是力矩、力臂、力矩是说明什么问题的物理量？14. 能不能选择这样的一点，使力对这一点的力矩等于零？15. 合力对某点的力矩与分力对该点的力矩有什么关系？16. 杠杆平衡的条件是什么？怎样理解它的意义？17. 什么是力偶？力偶是不是平衡力系？力偶有没有合力？力偶能不能被一个单独的力平衡？18. 力偶中的两个力在坐标轴上投影的代数和是多少？19. 力偶中的两个力大小相等，方向相反，这与二力平衡定律和作用与反作用定律有什么不同？20. 力偶对物体的转动作用与矩心的位置有何关系？21. 力矩与力偶矩有什么相同、什么不同？22. 怎样的一些力偶是等效力偶？等效力偶是否必须力偶的力和力偶臂都相等？23. 为什么力偶可以在作用平面内任意移动和转动？能不能移到与原作用平面平行的另一个平面内？24. 在什么条件下可以改变力偶中力的大小和力偶臂的大小而不改变力偶对物体的作用？25. 平面力偶系合成的结果是什么？它与各分力偶的力偶矩有什么关系？26. 平面力偶系的平衡条件是什么？作用平面相互平行的几个力偶能不能平衡？27. 怎样将一力平行移动到作用线外的一点而不改变它对物体的作用效果？28. 平面任意力系的平衡条件是什么？为什么？29. 写出平面任意力系的平衡方程，并说明它的意义。

《化工设备机械基础》课程教学大纲一、课程的性质和目的《化工设备机械基础》是化工工艺类专业一门综合性的机械类技术基础课,包括工程力学基础(静力学、材料力学)、化工设备设计基础和机械传动三大部分。

其任务是使学生掌握相关的基本理论、基本知识以及设计的基本方法,为从事化工设备机械的设计、使用、管理和维护打下基础。

二、课程教学的基本要求1、本课程的教学应贯彻应用性原则和重视素质培养原则。

要求理论分析与设计方法相结合,理论教学主要是讲清概念,学会应用,对数学推导一般不作演绎。

要重视分析实例、课堂讨论、习题等教学环节,同时将课程内容与生产实习、课程设计、毕业设计相结合,培养学生理论联系实际的能力。

2、工程力学是课程教学的核心内容,是学好其他部分内容的基础,应着重抓好。

其余教学内容则可根据各专业的特点和安排学时(或学分)的多少选择讲授。

对化工工艺专业则要抓好化工设备设计基础,而机械传动部分可不作为重点。

讲课要结合化工行业的实际,并允许对教学内容做必要调整和组合。

考核方式以闭卷为主,平时成绩在期评成绩中应占有一定的比重。

三、课程教学内容、重点和难点第一章物体的受力分析和静力平衡方程(6学时)要求掌握的内容:1.静力学基本概念;2.约束与约束反力,受力图;3.分离体的受力图;4.力的投影、合力投影定理;5.力矩、力偶;6.力的平移;7.平面力系的简化、合力矩定理;8.平面力系的平衡方程;9.空间力系。

重点:是受力图和力系平衡方程的应用。

难点:约束、约束反力和一般力系的简化。

第二章拉伸、压缩与剪切(6学时)要求掌握的内容:1.轴向拉伸、压缩的概念;2.材料在拉伸和压缩时的力学性能;3.拉伸和压缩的强度计算,许用应力和安全系数;4.应力集中的概念;15.剪切、挤压的实用计算;重点:轴力、应力、应变和截面法的概念,拉伸与压缩的强度计算,剪切和挤压的实用计算。

难点:分析低碳钢在受力和变形过程中所表现的力学性质。

第三章扭转(4学时)要求掌握的内容:1.扭转的概念和实例;2.扭转时外力和内力的计算;3.纯剪切;4.圆轴扭转时的应力;5.圆轴扭转时的强度条件;6.圆周扭转时的变形和刚度条件。

第一章 刚体的受力分析及平衡规律一、基本概念1、刚体：在任何情况下都不发生变形的物体。

约束：限制非自由体运动的物体。

（三种约束）二、力的基本性质三、二力平衡定律 三力平衡定理三力平衡定理：如果一物体受三个力作用而处于平衡时，若其中两个力的作用线相交于一点，则第三个力的作用线必交于同一点。

四、平面汇交力系、平面一般体系五、力的平移定理力的平移定理: 作用在刚体上的力可以平移到刚体内任意指定点，要使原力对刚体的作用效果不变，必须同时附加一个力偶，此附加力偶的力偶矩等于原力对新作用点的力矩，转向取决于原力绕新作用点的旋转方向。

第二章 金属的力学性质一 基本概念弹性模量：材料抵抗弹性变形的能力⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===∑∑∑000o m Y X拉伸试件的横向线应变与纵向线应变之比的绝对值。

线应变：反应杆的变形程度，杆的相对伸长值。

蠕变：金属试件在高温下承受某已固定的应力时，试件会随着时间的延续而不断发生缓慢增长的塑性形变。

应力松弛：总变形量保持不变，初始的弹性变形随时间的推移逐渐转化为塑性变形并引起构件内应力减小的现象二 拉伸曲线 (重要，看书！！！)第四章 直 梁 的 弯 曲中性层：梁内纵向长度既没有伸长也没有缩短的纤维层。

中性轴：中性层与横截面的交线 。

剪力与弯矩的计算剪力：抵抗该截面一侧所有外力对该截面的剪切作用，大小应该等于该截面一侧所有横向外力之和。

弯矩：抵抗该截面一侧所有外力使该截面绕其中性轴转动，大小应等于该截面一侧所有外力对该截面中性轴取距之和。

剪力的符号约定εεμ'=μεε-='泊松比横向线应变计算剪力的法则：梁的任一横截面上的剪力等于该截面一侧所有横向外力的代数和；截面左侧向上的外力和截面右侧向下的外力取正值，截面左侧向下的外力和截面右侧向上的外力取负值。

据此法则：截面左侧 Q 左=R A －P 1截面右侧 Q 右=P 2 + P 3 －R B弯矩的符号约定计算弯矩法则：梁在外力作用下，其任意指定截面上的弯矩等于该截面一侧所有外力对该截面中性轴取矩的代数和；凡是向上的外力，其矩取正；向下的外力，其矩取负值。