壓力容器設(shè)計(jì)的力學(xué)基礎(chǔ)及其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用

前言

第1章 緒論1

1．1 變形固體與變形固體力學(xué)的基本假定1

1．2 外力與內(nèi)力、截面法3

1．3應(yīng)力的概念5

1．4位移與變形6

思考題8

第2章 拉伸與壓縮9

2．1 軸力與截面上的應(yīng)力9

2．2 本構(gòu)關(guān)系與彈性模量、泊松比 10

2．3 圓形薄壁壓力容器中的應(yīng)力 11

2．4 變形位能與虛位移原理 11

2．4．1 變形位能11

2．4．2 虛位移原理12

2．5 靜定與靜不定的概念 14

2．6 材料的力學(xué)性質(zhì) 16

2．6．1 應(yīng)力--應(yīng)變關(guān)系曲線16

2．6．2 斷后伸長(zhǎng)率與斷面收縮率17

2．6．3 冷作硬化18

2．7 壓力容器中的蠕變與應(yīng)力松弛 18

2．8 許用應(yīng)力法與極限載荷法 19

2．8．1 許用應(yīng)力與安全系數(shù)19

2．8．2極限載荷設(shè)計(jì)法20

思考題 21

第3章 剪切與扭轉(zhuǎn)22

3．1 剪切 22

3．1．1 基本概念22

3．1．2 鉚接計(jì)算23

3．1．3 剪應(yīng)力互等定理23

3．2 扭轉(zhuǎn)及圓截面軸在扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力與變形 24

3．2．1 扭轉(zhuǎn)的概念24

3．2．2 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)力與變形24

3．2．3 圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度與剛度26

3．2．4 示例27

思考題 28

第4章 彎曲29

4．1 彎曲時(shí)的內(nèi)力與應(yīng)力 29

4．1．1 梁的支座與反力29

4．1．2 彎矩與剪力30

4．1．3 彎矩、剪力與分布載荷集度間的關(guān)系31

4．1．4 彎曲時(shí)的正應(yīng)力32

4．1．5 彎曲時(shí)的剪應(yīng)力34

4．1．6強(qiáng)度條件34

4．2 彎曲時(shí)的變形 35

4．2．1 梁的撓曲線35

4．2．2 梁的撓度與轉(zhuǎn)角36

4．3 彈性基礎(chǔ)梁 5g

4．4 梁彎曲在容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 40

4．4．1 波形膨脹節(jié)40

4．4．2臥式容器42

4．5 疊加原理的應(yīng)用 44

思考題 45

第5章 應(yīng)力狀態(tài)與強(qiáng)度理論46

5．1 一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 46

5．1．1 應(yīng)力狀態(tài)的確定46

5．1．2 應(yīng)力張量的分解與不變量49

5．2 主應(yīng)力與應(yīng)力強(qiáng)度 51

5．2．1 主應(yīng)力與主方向51

5．2．2應(yīng)力強(qiáng)度52

5．3 強(qiáng)度理論 53

5．3．1 強(qiáng)度理論的概念55

5．3．2 四個(gè)強(qiáng)度理論54

思考題 56

第6章 彈性力學(xué)與塑性力學(xué)基礎(chǔ)58

6．1 彈性力學(xué)概論 58

6．1．1 極坐標(biāo)下的平面問(wèn)題59

6．1．2 彈性力學(xué)的基本方程與解法62

6．1．3 彈性力學(xué)在容器中的應(yīng)用66

6．1．4 軸對(duì)稱問(wèn)題73

6．2 塑性力學(xué)基礎(chǔ) 80

6．2．1 塑性力學(xué)的特點(diǎn)80

6．2．2 增量理論與全量理論81

6．2．3屈服條件83

6．2．4加載與卸載84

6．3 塑性失效準(zhǔn)則的容器簡(jiǎn)體設(shè)計(jì)公式85

6．4 厚壁壓力容器的自增強(qiáng) 88

6．5 極限分析原理及在壓力容器中的應(yīng)用 90

6．5．1 解決塑性問(wèn)題的兩種途徑90

6．5．2 極限分析的基本假設(shè)與特點(diǎn)91

6．5．3 塑性鉸92

6．5．4 求極限載荷的一般方法94

6．5．5 極限載荷的實(shí)驗(yàn)測(cè)定97

6．5．6 極限分析在壓力容器設(shè)計(jì)中

的應(yīng)用99

思考題101

第7章 板殼理論基礎(chǔ)103

7．1 板和殼的特點(diǎn)與基本假定103

7．2 軸對(duì)稱載荷下的圓平板104

7．2．1 平衡方程105

7．2．2 幾何關(guān)系106

7．2．3 撓度與應(yīng)力、彎矩的關(guān)系106

7．2．4 軸對(duì)稱載荷下圓板的微分方程107

7．2．5 軸對(duì)稱載荷下圓板的解107

7．3 壓力容器可拆卸平封頭的計(jì)算109

7．4 受軸對(duì)稱載荷的環(huán)板111

7．5 旋轉(zhuǎn)殼體的薄膜理論113

7．5．1 殼體與平板受力比較113

7．5．2 曲面的幾何知識(shí)113

7．5．3 殼體中的內(nèi)力114

7．5．4 無(wú)矩應(yīng)力狀態(tài)及其存在條件115

7．5．5 壓力容器封頭的薄膜應(yīng)力118

7．5．6 球形容器的薄膜應(yīng)力122

7．6 旋轉(zhuǎn)殼的彎曲理論與邊緣效應(yīng)問(wèn)題123

7．6．1 邊緣效應(yīng)的概念123

7．6．2 軸對(duì)稱載荷下的圓柱殼的彎曲124

7．6．3 圓筒體與平封頭連接時(shí)的邊緣應(yīng)力128

7．6．4 圓筒體與其他封頭相連時(shí)的邊緣應(yīng)力132

7．6．5 球殼開(kāi)孔接管問(wèn)題133

思考題136

第8章 穩(wěn)定性問(wèn)題138

8．1 基本概念138

8．2 壓桿的穩(wěn)定性與臨界載荷計(jì)算140

8．2．1 壓桿的穩(wěn)定性與歐拉公式140

8．2．2 出現(xiàn)塑性變形的情況141

8．2．3 歐拉公式適用范圍142

8．2．4 穩(wěn)定性條件143

8．3 外壓作用下圓筒的穩(wěn)定性144

8．4 外壓容器設(shè)計(jì)147

思考題151

第9章 應(yīng)力分析方法153

9．1 解析方法153

9．1．1 精確解153

9．1．2 近似解155

9．2 數(shù)值方法156

9．2．1 差分法156

9．2．2 有限元法156

9．3 實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析164

9．3．1 電測(cè)法原理164

9．3．2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的一些問(wèn)題165

思考題169

第10章 壓力容器的分析設(shè)計(jì)170

10．1 常規(guī)設(shè)計(jì)與分析設(shè)計(jì)170

10．2 分析設(shè)計(jì)的基本方法174

10．2．1 塑性理論在分析設(shè)計(jì)中的應(yīng)用175

10．2．2 安定性問(wèn)題175

10．2．3 低周疲勞與棘輪現(xiàn)象180

10．3 應(yīng)力分類184

10．3．1 概述184

10．3．2 分類依據(jù)185

10．3．3 一次應(yīng)力(primarystress) 186

10．3．4 二次應(yīng)力(secondaryStress) 188

10．3．5 峰值應(yīng)力(peakstress) 189

10．3．6 示例194

10．4 各類應(yīng)力的確定195

10．4．1 等效線性化方法195

10．4．2 一次結(jié)構(gòu)法197

10．5應(yīng)力強(qiáng)度評(píng)定200

10．5．1 應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算201

10．5．2 各類應(yīng)力強(qiáng)度的評(píng)定202

10．6 分析設(shè)計(jì)中需要說(shuō)明的幾個(gè)問(wèn)題204

10．6．1 分析設(shè)計(jì)的計(jì)算公式與曲線204

10．6．2應(yīng)力分析的免除205

10．6．3 塑性分析的應(yīng)用206

10．6．4 分析設(shè)計(jì)過(guò)程的提示206

10．7 示例207

思考題210

第11章 壓力容器的疲勞分析212

11．1 概述212

11．2 循環(huán)的基本特性213

11．3 高周疲勞與低周疲勞214

11．3．1 高周疲勞215

11．3．2 低周疲勞215

11．3．3 平均應(yīng)力的影響217

11．3．4 應(yīng)力集中的影響220

11．3．5 應(yīng)力指數(shù)222

11．4 累積損傷224

11．5 壓力容器的疲勞設(shè)計(jì)226

11．5．1 容器是否要進(jìn)行疲勞分析的規(guī)定227

11．5．2 疲勞分析229

11．6 容器接管對(duì)疲勞的影響232

11．7 提高疲勞壽命的一些措施234

11．8 綜合例題234

思考題244

參考文獻(xiàn)246

本書(shū)從壓力容器設(shè)計(jì)需要出發(fā)，深入淺出地介紹了與容器設(shè)計(jì)相關(guān)的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。重點(diǎn)講述了基本概念，避免大量數(shù)學(xué)推演。同時(shí)，本書(shū)還系統(tǒng)地介紹了壓力容器分析設(shè)計(jì)的概念與方法以及相關(guān)的力學(xué)知識(shí)。本書(shū)是壓力容器設(shè)計(jì)與審核人員的技術(shù)資料；同時(shí)，本書(shū)對(duì)從業(yè)人員考取執(zhí)業(yè)資格證書(shū)也有直接幫助。

內(nèi)容介紹

本書(shū)是一本系統(tǒng)地?cái)⑹鲇嘘P(guān)標(biāo)準(zhǔn)氣體的書(shū)籍。內(nèi)容包括標(biāo)準(zhǔn)氣體的制備方法、標(biāo)準(zhǔn)氣體的分析方法及標(biāo)準(zhǔn)氣體的應(yīng)用。

本書(shū)首先介紹了計(jì)算流體力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后通過(guò)四個(gè)精心挑選的例子介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的重要方法和處理技巧。這些例子都有理論上的解析解，讀者可以將CFD計(jì)算的結(jié)果與解析解進(jìn)行對(duì)比，從而更深入地了解CFD的基本概念、思路、方法、用途和優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，本書(shū)的最后一部分介紹了計(jì)算流體力學(xué)中的幾個(gè)前沿問(wèn)題。本書(shū)選擇和編排內(nèi)容的這種方式非常適合沒(méi)有接觸或者很少接觸計(jì)算流體力學(xué)的讀者。無(wú)論是各專業(yè)的學(xué)生，還是不同領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員，本書(shū)都能夠使讀者從基本概念出發(fā)，一步一步地進(jìn)入到計(jì)算流體力學(xué)的整個(gè)領(lǐng)域，掌握其中的概念、方法和應(yīng)用技巧。

譯者序

原書(shū)序

第1部分　基本思想和基本方程

第1章　計(jì)算流體力學(xué)的基本原理

1.1 為什么要學(xué)習(xí)計(jì)算流體力學(xué)

1.2　作為研究工具的計(jì)算流體力學(xué)

1.3　作為設(shè)計(jì)工具的計(jì)算流體力學(xué)

1.4 計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用實(shí)例

1.4.1 汽車(chē)和發(fā)動(dòng)機(jī)

1.4.2 工業(yè)制造

1.4.3 土木工程

1.4.4　環(huán)境工程

1.4.5　造船（潛水艇）

1.5 計(jì)算流體力學(xué)的研究范疇

1.6 學(xué)習(xí)本書(shū)的目的

第2章　流體力學(xué)的控制方程組

2.1 引言

2.2　流動(dòng)模型

2.2.1　有限控制體

2.2.2 無(wú)窮小流體微團(tuán)

2.2.3 注釋

2.3　物質(zhì)導(dǎo)數(shù)（運(yùn)動(dòng)流體微團(tuán)的時(shí)間變化率）

2.4　速度散度及其物理意義

2.5　連續(xù)性方程

2.5.1 空間位置固定的有限控制體模型

2.5.2　隨流體運(yùn)動(dòng)的有限控制體模型

2.5.3 空間位置固定的無(wú)窮小微團(tuán)模型

2.5.4　隨流體運(yùn)動(dòng)的無(wú)窮小微團(tuán)模型

2.5.5 方程不同形式之間的轉(zhuǎn)化

2.5.6　積分形式與微分形式的重要注釋

2.6　動(dòng)量方程

2.7 能量方程

2.8　流體力學(xué)控制方程的總 結(jié)與注釋

2.8.1　粘性流動(dòng)的納維一斯托克斯（Navier-Stokes）方程

2.8.2　無(wú)粘流歐拉（Euler）方程

2.8.3 關(guān)于控制方程的注釋

2.9　物理邊界條件

2.10 適合CFD使用的控制方程

2.11 小結(jié)

習(xí)題

第3章　偏微分方程的數(shù)學(xué)性質(zhì)對(duì)CFD的影響

3.1 引言

3.2　擬線性偏微分方程的分類

……

第2部分　基本的數(shù)值方法

第4章　離散化的基本方法

第5章　網(wǎng)絡(luò)生成與坐標(biāo)變換

第6章　計(jì)算流體力學(xué)的基本方法

第3部分　計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用

第7章　擬一維噴管流動(dòng)的數(shù)值解

第8章　二維超聲速流動(dòng)的數(shù)值解——普朗特—邁耶稀疏波

第9章　不可壓庫(kù)埃特（Couette）流的數(shù)值解

第10章　流過(guò)平板的超聲速流動(dòng)

第4部分　現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)概述

第11章　現(xiàn)代計(jì)算流體力學(xué)中的某些高級(jí)問(wèn)題

第12章　計(jì)算流體力學(xué)的未來(lái)

附錄 2100433B