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* 过程装备结构分析 Structural Analysis for Process?Equipment 孙 家 斌 大连理工大学海洋科学与技术学院 Phone: Email: jiabin-sun@163.com. 2013.08 盘锦 主要参考教材 补充教材 陈 旭 《过程装备力学基础》第二版，化学 工业出版社，2006. 朱孝钦，刘俊明 《过程装备基础》第二版，化学工业出版社，2011. 徐芝纶 《弹性力学》第四版 上、下，高等教育出版社，2006. 陈铁云，沈惠申 《结构的屈曲》，上海科学技术文献出版社，1993. Timoshenko SP, Goodier JN. 《弹性理论》第三版，清华大学出版社，2004. Timoshenko SP, James MG. 《 Theory of Elastic Stability 》, Dover Publications, 2009. 第一章 绪 论 过程装备概述 过程装备典型结构形式 过程装备力学构成 过程装备结构分析内容 本章小结 Part 1 1 过程装备概述 在这个世界上，我们可以失去很多东西，但失去其中一些东西，将大大改变我们生存的方式和含义。我们不妨设想一下： 如果没有合成氨和尿素装置….我们的粮食会大面积减产，世界上有大量的人群将因饥饿而死亡； 如果没有炼油装置……我们的汽车将无法出行，飞机将无法起飞； 如果没有现代锅炉和发电装置……我们的空调、冰箱将无法使用，城市将处于昏暗之中； 如果没有药物合成装置……人类的平均寿命会大为缩短； 如果没有电子材料的制造装置……先进计算机技术无法实现，人们不得不靠传话通讯 “人类不可缺失的....”——高金吉院士 以上这些装置都可称之为“过程装备”。 过程装备的定义 转换过程 生产设备 产品 原料 生产技术 过程：一种或多种原料经一系列加工、“转换”和处理而生产出最终产品或中间体的全过程。 过程装备：完成物料转换所必需的成套装置，包括主体装备及其附件。 物料组份的改变 物料性能的改变 物料种类的改变 Part 1 1 过程装备概述 过程装备的种类 机械过程装备 工作原理 运动方式 生产次序 过程装备 热力过程装备 化学过程装备 生物过程装备 静止过程设备 运动过程机械 预处理设备 主转换设备 后处理设备 Part 1 1 过程装备概述 纤维素生物质同步水解技术 典型过程装备 浮式生产、储油、卸油船（海上石油工厂FPSO） Part 1 1 过程装备概述 Part 1 2 过程装备典型结构形式 杆件——一个方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸的构件。 杆系——由多个杆件在相应的节点上连接成几何不变的格构式承重结构，如过程装备支架（附件）。 板——构件一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸且各处曲率均为零，如压力容器的平盖，制冷设备侧壁。 圆板 圆环 侧壁板 Part 1 2 过程装备典型结构形式 壳——构件一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸且至少有一个方向的曲率不为零，如压力容器和储罐的各种外壳 。 圆锥壳 圆柱壳 穹壳 穹壳+圆柱壳 球壳 Part 1 2 过程装备典型结构形式 Part 1 3 过程装备力学构成 杆件——材料力学：梁、柱等杆件在拉、压、弯、扭、剪状态下的应力与位移。 杆系——结构力学：桁架、钢架等杆系结构的约束力、内力与位移。 板、壳——弹性力学：板、壳等受力体的应力、应变和位移的精确解。 塑性力学、断裂力学和机械振动学。 (A) (B) (C) Part 1 4 过程装备结构分析内容 强度条件——强度是指构件在外力作用下抵抗破坏的能力，保证构件正常工作具备足够强度的条件，称为强度条件。 在一般情况下，绝不允许构件的强度不足。如储罐或气瓶在规定的最 大工作压力下不允许破裂、钢丝绳在起吊重物时不能被拉断等 。 屈服极限 许用应力 屈服极限 安全系数1 实际应力 结构稳定性 稳定平衡 （A） 不稳定平衡 （B） 临界稳定平衡 (C) Part 1 4 过程装备结构分析内容 稳定性条件——稳定性是指构件在外力作用下保持其原有平衡形态的能力，保证构件正常工作具有足够稳定性的条件，称为稳定性条件。 构件受到外界的某种干扰力作用，会偏离原有的平衡形态。当干扰力消失，构件又重新回复到原平衡形态，则称这种平衡是稳定的，否则就是丧失了稳定性，称为失稳。如细长受压直杆和受外压的薄壁圆筒，都有稳定性问题。 临界应力 安全系数1 实际应力 Part 1 4 过程装备结构分析内容 刚度条件——刚度是指构件在外力作用下抵抗变形的能力，保证构件正常工作具有足够刚度的条件，称为刚度条件。