第一篇力 学 基 础

1刚体的受力分析及其平衡规律1

11力的概念及其性质2

111力的概念2

112力的基本性质2

12刚体的受力分析5

121约束和约束反力5

122刚体受力分析要领8

13平面汇交力系的简化与平衡8

131平面汇交力系的简化8

132平面汇交力系的平衡条件10

14力矩、力偶、力的平移定理12

141力矩的概念12

142力偶12

143力的平移定理——力与力偶的

联系14

15平面一般力系的简化与平衡15

151平面一般力系的简化15

152平面一般力系的平衡条件16

153固定端约束的受力分析18

16静力学问题求解方法小结20

161如何确定研究对象20

162如何画分离体受力图20

163如何建立直角坐标系20

164如何应用静力平衡方程20

165静力学能够解决问题的范围21

本章小结21

检测题22

习题23

2金属的力学性能27

21弹性体的变形与内力27

211变形与内力的概念27

212变形的度量27

213直杆受拉(压)时的内力28

214受拉(压)直杆内的应力30

22材料的力学性能31

221拉伸试验32

222压缩试验36

223温度对材料的力学性能的影响37

224金属的缺口冲击试验39

225硬度试验40

226弯曲试验41

23金属材料拉伸与冲击试验的新标准简介42

231GB/T 228—200242

232GB/T 229—200744

本章小结44

检测题45

习题46

3受拉(压)构件的强度计算与受剪切构件的实用计算48

31受拉直杆的强度计算48

311强度条件的建立与许用应力的确定48

312强度条件应用举例49

32拉(压)杆连接部分的剪切和挤压强度计算50

321剪切变形与剪力50

322连接零件剪切强度的实用计算51

323某些连接零件的挤压强度计算52

本章小结54

检测题55

习题55

4直梁的弯曲57

41弯曲概念与梁的分类57

411弯曲变形的宏观表现与实例57

412梁的几何形状和名称57

413梁上的外力、梁的支座及分类58

42梁的内力分析60

421梁横截面内的两种内力60

422剪力与弯矩的计算62

43纯弯曲时梁的正应力及正应力强度条件67

431梁横截面内任意指定点处的正应力68

432正应力的强度条件72

433梁的合理截面76

44直梁弯曲时的切应力76

441矩形截面梁77

442工字形截面梁77

443环形截面梁77

444实心圆截面梁78

45梁的变形——梁弯曲时的位移79

451梁的挠度和转角79

452梁的弹性曲线79

453梁的刚度校核80

本章小结82

习题84

5圆轴的扭转86

51圆轴扭转时所受外力的分析与计算86

511搅拌轴的三项功能86

512n、P、m之间的关系87

52纯剪切、角应变、剪切虎克定律87

521纯剪切87

522角应变89

523剪切虎克定律89

53圆轴在外力偶作用下的变形与内力90

531变形分析90

532扭转切应力及其分布规律91

533横截面的内力矩——扭矩91

534扭矩与扭转变形dφdx之间的关系91

535扭转切应力的计算公式92

536扭转角的计算92

54圆轴扭转时的强度条件与刚度条件93

541圆轴扭转时的强度条件93

542圆轴扭转时的刚度条件93

本章小结96

检测题97

习题98第二篇压 力 容 器

6压力容器与化工设备常用材料100

61金属的晶体结构100

611金属原子结构的特点与金属键100

612金属的晶体结构100

62铁碳合金102

621什么是铁碳合金102

622铁碳平衡状态图103

623过冷奥氏体的恒温转变104

624钢的热处理106

63钢的分类108

631碳素钢108

632低合金钢110

633高合金钢112

64钢板116

641钢板的尺寸和允许偏差116

642碳素钢与低合金钢钢板117

643不锈钢、耐热钢钢板121

65钢管125

651钢管分类及其标准125

652钢管的尺寸125

653钢管的钢号、性能和应用127

654钢管的检验与验收130

66锻件与紧固件132

661锻件132

662紧固件136

67铸铁139

671铸铁的分类与代号（GB/T 5162—2008）139

672灰铸铁（GB/T 9439—2010）140

673球墨铸铁（GB/T 1348—2009）144

674蠕墨铸铁148

675可锻铸铁（GB 9440—2009）150

676高硅耐蚀铸铁（GB/T 8491—2009）152

677耐热铸铁（GB 9437—2009）153

678铸铁用于压力容器时的规定157

68铜及铜合金157

681加工铜157

682加工黄铜157

683青铜158

684白铜159

685铸造铜合金159

686铜及铜合金用于压力容器时的规定160

69铝及铝合金160

691变形铝及铝合金的分类和牌号160

692变形铝及铝合金的性能和用途162

610钛及钛合金162

6101分类与牌号162

6102性能特点163

6103应用164

611金属的腐蚀与防护164

6111腐蚀的定义及分类164

6112常见的几种腐蚀及其控制方法165

习题170

7压力容器中的薄膜应力、弯曲应力与二次应力171

71回转壳体中的薄膜应力171

711容器壳体的几何特点171

712回转壳体中的拉伸应力172

72圆形平板承受均布载荷时的弯曲应力177

721平板的变形与内力分析177

722弯曲应力与薄膜应力的比较和结论180

73边界区内的二次应力180

731边界应力产生的原因180

732影响边界应力大小的因素181

733边界应力的性质182

734回转壳体内部的边界应力182

74强度条件182

741对薄膜应力的限制(即薄膜应力强度条件）182

742对一次弯曲应力的限制186

743对二次应力的限制188

本章小结189

检测题190

习题191

8内压容器192

81设计参数的确定（GB 1503—2011）192

811容器直径192

812工作压力与设计压力p192

813设计温度t193

814计算压力pc194

815许用应力[σ]t194

816焊接接头系数φ209

82内压容器筒体与封头厚度的计算210

821内压圆筒的五种厚度及其确定方法210

822内压凸形封头厚度计算213

823内压锥形封头厚度计算217

824平板形封头221

825计算厚度的通用式223

83在用压力容器的强度校核223

831在用压力容器强度校核的原则223

832强度校核的思路、公式和举例223

833在用压力容器的许用内压表225

84容器筒体与封头的尺寸和质量227

841圆柱形筒体的容积、内表面积和质量227

842标准椭圆形封头的容积、内表面积和质量228

843锥形封头的几何量与质量230

85容器壳体在材料使用上的规定233

851钢板用前的验收233

852压力容器在选材、用材上的

规定234

本章小结236

检测题239

习题240

9外压容器与压杆的稳定计算242

91稳定的概念与实例242

911稳定的概念242

912“稳定”问题实例242

92外压圆筒环向稳定计算243

921临界压力的计算243

922材料的σε曲线（即RA曲线）在稳定计算中的应用245

923许用外压的计算247

93封头的稳定计算254

931外压球壳与凸形封头的稳定计算254

932外压带折边锥形封头的稳定计算257

933防止内压凸形封头失稳的规定259

94真空容器加强圈的计算259

941真空容器加强圈所需最小截面惯性矩的计算260

942真空容器加强圈实际提供的截面惯性矩的计算262

95压杆稳定计算简介265

951理想压杆的临界载荷265

952临界应力欧拉公式的适用范围266

953柔度λ<λp的压杆临界应力的计算267

954压杆稳定的实用计算268

96圆筒的轴向稳定校核271

961什么情况下需要校核圆筒的轴向稳定性271

962轴向稳定许用应力的确定272

本章小结273

检测题274

习题274

10法兰连接276

101压力容器法兰连接276

1011法兰连接的密封原理276

1012法兰连接受力分析及其实用结论276

1013压力容器法兰标准（JB/T 4700～4707—2000）278

102管法兰连接302

1021管法兰（HG/T 20592—2009）302

1022管法兰连接用密封垫片332

1023钢制法兰用紧固件344

11人孔、手孔、视镜和液面计353

111人孔和手孔353

1111容器上开设人孔、手孔的规定353

1112钢制人孔和手孔353

1113不锈钢人孔、手孔(HG 21594—21604）373

112视镜与液面计377

1121视镜377

1122液面计381

12开孔补强与设备凸缘384

121开孔补强384

1211问题的提出——容器接管附近的应力集中384

1212补强结构与计算386

1213容器上开孔及补强的有关规定396

122设备凸缘397

1221法兰凸缘397

1222管螺纹凸缘399

13容器支座400

131卧式容器支座（JB/T 47121—2007）400

1311鞍式支座的结构与类型400

1312鞍座尺寸与质量401

1313鞍座的选用404

1314鞍座标记407

132立式容器支座407

1321耳式支座(JB/T 47123—2007）407

1322支承式支座（JB/T 47124—2007）414

1323腿式支座（JB/T 47122—2007）419

14容器的焊接结构428

141焊接接头及其分类428

1411焊接接头428

1412压力容器上的焊接接头分类430

142压力容器中的焊接接头（GB 1503—2011HG/T 20583—2011）431

1421筒体的纵、环向，钢板拼接对接接头431

1422筒体与封头连接的非对接接头434

1423容器法兰与筒体连接的焊接接头435

1424管法兰与接管的焊接接头436

1425接管与壳体的焊接接头437

1426法兰凸缘与壳体的焊接接头441

143焊接结构443

1431设计原则443

1432焊缝选择443

144焊接接头的检验443

1441焊接接头缺陷443

1442焊接检验要点444

145焊接材料445

15压力容器监察管理449

151压力容器监察管理的重要文件449

152压力容器划类与分类管理450

1521广义压力容器与管辖压力容器450

1522《固容规》所管辖(适用)的压力容器450

1523《固容规》对压力容器范围的界定451

1524《固容规》对压力容器的划类451

1525压力容器的设计管理454

1526压力容器的制造管理455

1527压力容器的使用管理456

153压力容器的定期检验456

1531定期检验的目的456

1532定期检验的依据457

1533检验周期457

1534压力容器的安全状况等级458

1535基于风险检测（RBI）459

154压力容器的压力试验及泄漏试验459

1541耐压试验459

1542泄漏试验460第三篇典型化工设备

16管壳式换热器462

161管壳式换热器的总体结构462

1611固定管板式换热器462

1612浮头式换热器462

1613U形管式换热器465

1614填料函式换热器466

162管壳式换热器的主要零部件467

1621壳体467

1622管箱472

1623管束472

1624管板477

1625波形膨胀节480

1626折流板和支持板及其固定结构487

1627其他结构490

17板式塔492

171概述492

172整块式塔盘的板式塔492

1721定距管支承式塔盘493

1722重叠式塔盘494

1723塔盘圈与密封结构497

1724降液管、溢流堰、出口液封盘499

173分块式塔盘板式塔499

1731组装结构499

1732塔盘板与通道板500

1733分块式塔盘的支持结构501

1734塔盘、出口堰、降液板、受液盘的固定501

174板式塔的其他结构508

1741板式塔盘上的进料管508

1742塔顶吊柱509

1743裙式支座512

1744塔的保温装置514

175塔的机械设计516

1751塔体承受的各种载荷计算516

1752筒体的强度及稳定性校核517

1753裙座的强度及稳定性校核518

附录A型钢（GB/T 706—2008）519

附录B石油化工压力容器法兰用垫片（HG/T 20583—2011）529

附录C石油化工容器接管法兰用垫片（HG/T 20583—2011）531

附录D金属和非金属垫片的耐化学品性能（HG/T 20583—2011）535

附录E图97曲线数据表（GB 1503—2011）538

附录F标准目录541

F1TSG特种设备安全技术规范与压力容器设计541

F2碳素钢与低合金钢及板材541

F3不锈钢和耐热钢及板材541

F4无缝钢管与焊接钢管542

F5复合钢板542

F6铸铁542

F7有色金属542

F8锻件543

F9紧固件543

F10力学性能试验543

F11容器法兰543

F12管法兰544

F13人孔、手孔544

F14支座544

F15视镜与液面计545

F16焊接545

F17补强圈、补强管545

F19压力容器封头545

检测题与习题的参考答案546 2100433B