1、過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析 Structural Analysis for Process Equipment 孫 家 斌 大連理工大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 Phone: Email: jiabin-. 2013.08 盤(pán)錦 1 主要參考教材主要參考教材 補(bǔ)充教材補(bǔ)充教材 陳 旭 過(guò)程裝備力學(xué)基礎(chǔ)第二版，化學(xué) 工業(yè)出版社，2006. 朱孝欽，劉俊明 過(guò)程裝備基礎(chǔ)第二版， 化學(xué)工業(yè)出版社，2011. 徐芝綸 彈性力學(xué)第四版 上、下，高等 教育出版社，2006. 陳鐵云，沈惠申 結(jié)構(gòu)的屈曲，上海科 學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1993. Timoshenko SP, Goodi

2、er JN. 彈性理論 第三版，清華大學(xué)出版社，2004. Timoshenko SP, James MG. Theory of E lastic Stability , Dover Publications, 2009. 2 第一章第一章 緒緒 論論 過(guò)程裝備概述過(guò)程裝備概述 過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式 過(guò)程裝備力學(xué)構(gòu)成過(guò)程裝備力學(xué)構(gòu)成 過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容 本章小結(jié)本章小結(jié) 3 Part 1 1 過(guò)程裝備概述過(guò)程裝備概述 在這個(gè)世界上，我們可以失去很多東西，但失去其中一些東西，將大大 改變我們生存的方式和含義。我們不妨設(shè)想一下： 如果沒(méi)有合成氨和尿素裝置.

3、我們的糧食會(huì)大面積減產(chǎn)，世界上有大 量的人群將因饑餓而死亡； 如果沒(méi)有煉油裝置我們的汽車(chē)將無(wú)法出行，飛機(jī)將無(wú)法起飛； 如果沒(méi)有現(xiàn)代鍋爐和發(fā)電裝置我們的空調(diào)、冰箱將無(wú)法使用，城市 將處于昏暗之中； 如果沒(méi)有藥物合成裝置人類(lèi)的平均壽命會(huì)大為縮短； 如果沒(méi)有電子材料的制造裝置先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，人們不得 不靠傳話通訊 “人類(lèi)不可缺失的人類(lèi)不可缺失的.”.”高金吉院士高金吉院士 以上這些裝置都可稱之為“過(guò)程裝備”。 4 過(guò)程裝備的定義過(guò)程裝備的定義 轉(zhuǎn)換 過(guò)程 生產(chǎn)設(shè)備 產(chǎn)品原料 生產(chǎn)技術(shù) 過(guò)程：一種或多種原料經(jīng)一系列加工、“轉(zhuǎn)換”和處理而生產(chǎn)出最終產(chǎn) 品或中間體的全過(guò)程。 過(guò)程裝備：完成物料轉(zhuǎn)換

4、所必需的成套裝置，包括主體裝備及其附件。 物料組份的改變物料性能的改變物料種類(lèi)的改變 Part 1 1 過(guò)程裝備概述過(guò)程裝備概述 5 過(guò)程裝備的種類(lèi)過(guò)程裝備的種類(lèi) 機(jī)械過(guò)程裝備 工作原理運(yùn)動(dòng)方式生產(chǎn)次序 過(guò)程裝備 熱力過(guò)程裝備 化學(xué)過(guò)程裝備 生物過(guò)程裝備 靜止過(guò)程設(shè)備 運(yùn)動(dòng)過(guò)程機(jī)械 預(yù)處理設(shè)備 主轉(zhuǎn)換設(shè)備 后處理設(shè)備 Part 1 1 過(guò)程裝備概述過(guò)程裝備概述 6 纖維素生物質(zhì)同步水解技 術(shù) 典型過(guò)程裝備典型過(guò)程裝備 浮式生產(chǎn)、儲(chǔ)油、卸油船（海上石油工廠FPSO） Part 1 1 過(guò)程裝備概述過(guò)程裝備概述 7 Part 1 2 過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式 桿件一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)大

5、于其他兩個(gè)方向的尺寸的構(gòu)件。 桿系由多個(gè)桿件在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上連接成幾何不變的格構(gòu)式承重結(jié)構(gòu)， 如過(guò)程裝備支架（附件）。 8 板構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸且各處曲率均為 零，如壓力容器的平蓋，制冷設(shè)備側(cè)壁。 圓板 圓環(huán)側(cè)壁板 Part 1 2 過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式 9 殼構(gòu)件一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸且至少有一個(gè) 方向的曲率不為零，如壓力容器和儲(chǔ)罐的各種外殼 。 圓錐殼 圓柱殼 穹殼穹殼+圓柱殼球殼 Part 1 2 過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式過(guò)程裝備典型結(jié)構(gòu)形式 10 Part 1 3 過(guò)程裝備力學(xué)構(gòu)成過(guò)程裝備力學(xué)構(gòu)成 桿件材料力學(xué)：梁、柱等桿件在拉、壓

6、、彎、扭、剪狀態(tài)下的應(yīng) 力與位移。 桿系結(jié)構(gòu)力學(xué)：桁架、鋼架等桿系結(jié)構(gòu)的約束力、內(nèi)力與位移。 板、殼彈性力學(xué)：板、殼等受力體的應(yīng)力、應(yīng)變和位移的精確解。 塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)和機(jī)械振動(dòng)學(xué)。 (A)(B)(C) 11 Part 1 4 過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容 強(qiáng)度條件強(qiáng)度是指構(gòu)件在外力作用下抵抗破壞的能力，保證構(gòu)件 正常工作具備足夠強(qiáng)度的條件，稱為強(qiáng)度條件。 在一般情況下，絕不允許構(gòu)件的強(qiáng)度不足。如儲(chǔ)罐或氣瓶在規(guī)定的最 大工作壓力下不允許破裂、鋼絲繩在起吊重物時(shí)不能被拉斷等 。 / rcsc n 屈服極限 r c s c n 許用應(yīng)力 屈服極限 安全系數(shù)1 實(shí)際應(yīng)力 12 結(jié)構(gòu)穩(wěn)

7、定性 穩(wěn)定平衡 （A） 不穩(wěn)定平衡 （B） 臨界穩(wěn)定平衡 (C) cr Part 1 4 過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容 13 穩(wěn)定性條件穩(wěn)定性是指構(gòu)件在外力作用下保持其原有平衡形態(tài)的 能力，保證構(gòu)件正常工作具有足夠穩(wěn)定性的條件，稱為穩(wěn)定性條件。 構(gòu)件受到外界的某種干擾力作用，會(huì)偏離原有的平衡形態(tài)。當(dāng)干擾力 消失，構(gòu)件又重新回復(fù)到原平衡形態(tài)，則稱這種平衡是穩(wěn)定的，否則 就是喪失了穩(wěn)定性，稱為失穩(wěn)。如細(xì)長(zhǎng)受壓直桿和受外壓的薄壁圓筒， 都有穩(wěn)定性問(wèn)題。 / rcrc n r cr c n 臨界應(yīng)力 安全系數(shù)1 實(shí)際應(yīng)力 Part 1 4 過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容 14 剛度條件剛度是指構(gòu)件在外力作用下抵抗變形的能力，保證構(gòu)件 正常工作具有足夠剛度的條件，稱為剛度條件。 所謂剛度失效，是指構(gòu)件在外力作用下發(fā)生的變形過(guò)大，超過(guò)了正常 工作所允許的變形量，這時(shí)即使構(gòu)件的強(qiáng)度足夠，但也會(huì)影響構(gòu)件的 正常工作。如過(guò)程工業(yè)中的管道。 rc ff r c f f 許用剛度 實(shí)際剛度 Part 1 4 過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容過(guò)程裝備結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容 15 Part 1 5 本章小結(jié)本章小結(jié) 知識(shí)點(diǎn)1：過(guò)程裝備的定義完成物料轉(zhuǎn)換所必需的成 套裝置，包括主體裝備及其附件。 知識(shí)點(diǎn)2：過(guò)程裝備典型