本书的主要特点体现在如下几个方面： 

（１）通过相互渗透、融会贯通、精选特色等保持了原系列教材的特点 由刁玉玮教授主编的《化工设备机械基础》一直是国内许多院校化工工艺类 专业的首选教材，已经再版６次，作为“十五”“十一五”和“十二五”规划教材，深 受广大师生的欢迎。本书的“化工设备材料”“化工容器设计”篇按照《化工设备 机械基础》一书的基本构架编写，主要内容保持不变；“典型化工设备的机械设 计”篇重新进行编写。由银建中教授主编的《工程力学》作为高等学校理工科规 划教材一直是化工制药类与非机类专业学生的力学基础教材。本书的“工程力 学基础”篇是在《工程力学》一书的基础上改编而成的。 （２）在内容和表达方面，尽可能反映学科的最新发展趋势，保证教材与时 俱进 根据最新国家标准、行业标准和工程规范，在“化工设备材料”篇中，将最新 材料标准、材料牌号等进行了较大幅度的调整，有助于教师和学生对新标准的了解。“典型化工设备的机械设计”篇中塔设备设计内容完全符合最新标准的设计 要求，便于学生在掌握基本设计理论的同时，适应国家标准对典型设备的设计 要求。 

（３）注重解决工程实际问题的能力和自主学习能力的培养 在典型压力容器结构应力分析时，注重与工程实际问题紧密结合，以典型结构的应力分布、设计要点、工程意义为重点，对典型结构进行应力分析与讨论，提高解决工程实际问题的能力，把复杂的推导和理论分析留给学生通过查阅文献和资料自主学习解决。

　第１篇　工程力学基础

第０章　绪　论　／３

　０．１　任务、方法与对象　／３

　０．２　力的作用效应　／３

　０．３　刚体与变形体　／４

　０．４　受力分析　／４

　０．５　基本变形形式　／４

　０．６　强度、刚度与稳定性　／５

第１章　物体的受力分析与平衡条件　／６

　１．１　受力分析　受力图　／６

　　１．１．１　基本概念　／６

　　１．１．２　静力学公理　／７

　　１．１．３　约束与约束反力　／１０

　　１．１．４　物体的受力分析和受力图　／１３

　１．２　平面汇交力系的简化与平衡条件　／１６

　　１．２．１　平面汇交力系简化与平衡的

几何法　／１６

　　１．２．２　平面汇交力系简化与平衡的

解析法　／１８

　１．３　力矩　力偶　力平移定理　／２２

　　１．３．１　力对点之矩　汇交力系的合力

矩定理　／２２

　　１．３．２　平面力偶系的简化与平衡　／２３

　　１．３．３　力的平移定理　／２６

　１．４　平面一般力系的简化与平衡　／２７

　　１．４．１　平面一般力系的简化　／２８

　　１．４．２　固定端约束　／２９

　　１．４．３　简化结果的讨论　／３０

　　１．４．４　平衡条件与平衡方程　／３１

　习　题　／３４

第２章　轴向拉伸与压缩　／３９

　２．１　拉伸与压缩的基本概念　／３９

　２．２　物体的内力　截面法　／４０

　　２．２．１　内力的概念　／４０

　　２．２．２　截面法求内力　／４０

　２．３　拉伸与压缩时的应力分析　／４２

　　２．３．１　应力的概念　／４２

　　２．３．２　轴向拉压时横截面上的应力　／４３

　２．４　拉伸与压缩变形　胡克定律　／４５

　　２．４．１　纵向变形　／４５

　　２．４．２　横向变形　／４６

　　２．４．３　胡克定律　／４６

　２．５　轴向拉伸与压缩时的强度计算　／４８

　　２．５．１　许用应力与安全系数　／４８

　　２．５．２　轴向拉伸与压缩时的

强度条件　／４９

　２．６　热应力的概念　／５２

　２．７　应力集中的概念　／５３

　习　题　／５４

第３章　剪切与圆轴扭转　／５７

　３．１　剪切与挤压　／５７

　　３．１．１　剪　切　／５７

　　３．１．２　挤　压　／５９

　　３．１．３　剪切与挤压的强度计算　／６０

　２ 　　

　　３．１．４　剪应变与剪切胡克定律

简介　／６４

　３．２　扭　转　／６５

　　３．２．１　扭转的基本概念　／６５

　　３．２．２　扭转时外力的计算　／６６

　　３．２．３　扭转时内力的计算　／６７

　３．３　圆轴扭转时的应力及强度条件　／７１

　　３．３．１　剪应变分布规律　／７１

　　３．３．２　剪应力分布规律　／７２

　　３．３．３　以静力平衡求剪应力　／７３

　　３．３．４　截面的几何性质、强度条件　／７４

　３．４　圆轴扭转时的变形及刚度条件　／７６

　　３．４．１　圆轴扭转时的变形分析　／７６

　　３．４．２　圆轴扭转时的刚度条件　／７６

　习　题　／８２

第４章　梁的弯曲　／８６

　４．１　基本概念　／８６

　４．２　弯曲时的内力分析　／８８

　　４．２．１　弯曲内力　／８８

　　４．２．２　剪力和弯矩符号规则　／８９

　４．３　弯矩图　／９０

　４．４　弯曲时的应力和强度计算　／９５

　　４．４．１　平面假设与变形的

几何关系　／９５

　　４．４．２　物理方程与应力分布　／９７

　　４．４．３　静力平衡方程　／９７

　　４．４．４　弯曲正应力公式适用

范围的讨论　／９８

　４．５　截面几何性质　／９９

　　４．５．１　常用截面的几何性质　／１００

　　４．５．２　组合截面的几何性质　／１０１

　４．６　弯曲正应力的强度条件　／１０３

　４．７　梁的优化设计　／１０７

　　４．７．１　支承的合理安排　／１０７

　　４．７．２　载荷的合理布置　／１０８

　　４．７．３　截面形状的合理设计　／１０９

　４．８　梁的弯曲变形　／１１１

　　４．８．１　梁的弹性曲线、挠度和转角　／１１１

　　４．８．２　弹性曲线的近似微分方程　／１１２

　　４．８．３　用叠加法求梁的变形　／１１６

　　４．８．４　梁的刚度校核　提高抗弯

刚度的措施　／１１６

　习　题　／１１７

第５章　强度理论与组合变形　／１２２

　５．１　强度理论简介　／１２２

　５．２　组合变形的概念　／１２３

　５．３　拉伸（压缩）与弯曲组合变形　／１２４

　５．４　扭转与弯曲组合变形　／１２８

　　５．４．１　扭转与弯曲组合变形时的

应力分析　／１２９

　　５．４．２　扭转与弯曲时的强度计算　／１２９

　习　题　／１３２

第６章　压杆稳定　／１３５

　６．１　工程中的稳定性问题　／１３５

　６．２　两端球铰支细长压杆的临界力　／１３７

　６．３　杆端不同约束条件下细长压杆的

临界力　／１３８

　６．４　压杆临界应力与欧拉公式的

适用范围　／１４１

　　６．４．１　临界应力和柔度　／１４１

　　６．４．２　欧拉公式的适用范围　／１４２

　　６．４．３　中柔度压杆的临界应力

公式　／１４２

　６．５　压杆稳定性校核　／１４４

　　６．５．１　压杆稳定性安全准则　／１４４

　　６．５．２　压杆稳定性校核的

安全系数法　／１４５

　６．６　工程中提高压杆稳定性的措施　／１４６

　６．７　其他构件稳定问题简介　／１４７

　习　题　／１４９

化工设备机械基础

　３

　第２篇　化工设备材料

第７章　材料基础知识　／１５３

　７．１　钢材生产基本知识　／１５３

　　７．１．１　炼钢炉　／１５３

　　７．１．２　炉外精炼　／１５４

　　７．１．３　脱氧工艺　／１５４

　　７．１．４　几个基本术语　／１５５

　　７．１．５　钢材分类　／１５５

　　７．１．６　钢铁牌号及表示方法　／１５７

　　７．１．７　钢材的热处理　／１５８

　７．２　材料的性能　／１６０

　　７．２．１　力学性能　／１６０

　　７．２．２　物理性能　／１６５

　　７．２．３　化学性能　／１６６

　　７．２．４　工艺性能　／１６７

第８章　化工设备材料及其选择　／１６９

　８．１　碳　钢　／１６９

　８．２　低合金钢及化工设备用特种钢　／１７０

　　８．２．１　合金元素对钢性能的

影响　／１７０

　　８．２．２　低合金钢　／１７２

　　８．２．３　锅炉和压力容器用钢板　／１７２

　　８．２．４　不锈耐酸钢　／１７３

　　８．２．５　耐热钢　／１７５

　　８．２．６　低温用钢　／１７５

　　８．２．７　钢材的品种和规格　／１７６

　　８．２．８　化工设备用钢的选材原则　／１７７

　８．３　有色金属材料　／１７９

　　８．３．１　铝及其合金　／１７９

　　８．３．２　铜及其合金　／１８０

　　８．３．３　铅及其合金　／１８０

　　８．３．４　钛及其合金　／１８１

　８．４　非金属材料　／１８１

　　８．４．１　无机非金属材料　／１８１

　　８．４．２　有机非金属材料　／１８２

第９章　化工设备的腐蚀及防腐措施　／１８４

　９．１　金属的腐蚀　／１８４

　　９．１．１　金属腐蚀的评定方法　／１８４

　　９．１．２　化学腐蚀　／１８５

　　９．１．３　电化学腐蚀　／１８７

　９．２　晶间腐蚀和应力腐蚀　／１８８

　９．３　金属腐蚀破坏的形式　／１９０

　９．４　金属设备的防腐措施　／１９０

　习　题　／１９１

　第３篇　化工容器设计

第１０章　容器设计的基本知识　／１９５

　１０．１　容器的分类与结构　／１９５

　　１０．１．１　容器的分类　／１９５

　　１０．１．２　容器的结构　／１９８

　１０．２　容器零部件的标准化　／１９８

　　１０．２．１　标准化的意义　／１９８

　　１０．２．２　标准化的基本参数　／１９９

　１０．３　压力容器的安全监察　／２００

　　１０．３．１　我国压力容器的

基本状况　／２００

　　１０．３．２　我国压力容器安全

监察体制　／２０１

　１０．４　现行压力容器安全监察法规、

规范介绍　／２０２

　１０．５　压力容器建造标准规范　／２０６

　　１０．５．１　压力容器建造标准的

基本内容　／２０６

目　录

　４ 　　

　　１０．５．２　压力容器标准化体系　／２０７

　１０．６　压力容器国内外标准简介　／２０８

　　１０．６．１　各国主要压力容器标准的

性质和地位　／２０８

　　１０．６．２　各国压力容器分类的

原则　／２０８

　　１０．６．３　各国主要标准的压力适用

范围　／２０９

　　１０．６．４　在标准中及时体现先进

技术的应用　／２０９

　　１０．６．５　我国主要压力容器建造标准

简介　／２１０

　１０．７　《钢制压力容器》简介　／２１１

　　１０．７．１　适用范围　／２１１

　　１０．７．２　不适用范围　／２１１

　　１０．７．３　超出标准规定范围的

设计问题　／２１２

　１０．８　设计载荷条件　／２１２

　１０．９　压力容器设计寿命　／２１３

　１０．１０　容器机械设计的基本要求　／２１４

　习　题　／２１５

第１１章　内压薄壁容器的应力分析　／２１７

　１１．１　回转壳体的应力分析———薄膜

应力理论　／２１７

　　１１．１．１　薄壁容器及其应力特点　／２１７

　　１１．１．２　基本概念与基本假设　／２１８

　　１１．１．３　经向应力计算公式———区域

平衡方程式　／２１９

　　１１．１．４　环向应力计算公式———微体

平衡方程式　／２２１

　　１１．１．５　轴对称回转壳体薄膜理论的

应用范围　／２２３

　１１．２　薄膜理论的应用　／２２３

　　１１．２．１　受气体内压的圆筒形

壳体　／２２３

　　１１．２．２　受气体内压的球形壳体　／２２４

　　１１．２．３　受气体内压的椭球壳体

（椭圆形封头）　／２２５

　　１１．２．４　受气体内压的锥形壳体　／２２７

　　１１．２．５　受气体内压的碟形壳体

（碟形封头）　／２２８

　　１１．２．６　例　题　／２３１

　１１．３　内压圆筒边缘应力　／２３２

　　１１．３．１　边缘应力的概念　／２３２

　　１１．３．２　边缘应力的特点　／２３３

　　１１．３．３　对边缘应力的处理　／２３４

　习　题　／２３５

第１２章　内压薄壁圆筒与封头的强度设计　／２３８

　１２．１　强度设计的基本知识　／２３８

　　１２．１．１　关于弹性失效的

设计准则　／２３８

　　１２．１．２　强度理论及其相应的

强度条件　／２３９

　１２．２　内压薄壁圆筒壳与球壳的

强度设计　／２４０

　　１２．２．１　强度计算公式　／２４０

　　１２．２．２　设计参数的确定　／２４２

　　１２．２．３　容器的厚度和最小厚度　／２５１

　　１２．２．４　压力试验及其强度校核　／２５２

　　１２．２．５　例　题　／２５７

　１２．３　内压圆筒封头的设计　／２５９

　　１２．３．１　半球形封头　／２６０

　　１２．３．２　椭圆形封头　／２６０

　　１２．３．３　碟形封头　／２６１

　　１２．３．４　球冠形封头　／２６２

　　１２．３．５　锥形封头　／２６４

　　１２．３．６　平板封头　／２６９

　　１２．３．７　例　题　／２７３

　　１２．３．８　封头的选择　／２７５

　习　题　／２７８

第１３章　外压圆筒与封头的设计　／２８１

　１３．１　概　述　／２８１

　　１３．１．１　外压容器的失稳　／２８１

　　１３．１．２　容器失稳型式的分类　／２８１

　１３．２　临界压力　／２８２

　　１３．２．１　临界压力的概念　／２８２

　　１３．２．２　影响临界压力的因素　／２８２

　　１３．２．３　弹性失稳的理论

计算方法　／２８４

　　１３．２．４　长圆筒、短圆筒和

刚性圆筒　／２８５

化工设备机械基础

　５

　　１３．２．５　临界压力的理论计算　／２８６

　　１３．２．６　临界长度　／２８７

　１３．３　外压圆筒的工程设计　／２８７

　　１３．３．１　设计准则　／２８７

　　１３．３．２　外压圆筒壁厚设计的

图算法　／２８８

　　１３．３．３　外压容器的试压　／２９６

　　１３．３．４　例　题　／２９６

　１３．４　轴向受压圆筒失稳计算　／２９７

　１３．５　外压球壳与凸形封头的设计　／２９８

　　１３．５．１　外压球壳和球形封头的

设计　／２９８

　　１３．５．２　凸面受压封头的设计　／２９９

　　１３．５．３　例　题　／２９９

　１３．６　外压圆筒加强圈的设计　／３００

　　１３．６．１　加强圈的作用与结构　／３００

　　１３．６．２　加强圈的间距　／３０１

　　１３．６．３　加强圈的尺寸设计　／３０１

　　１３．６．４　加强圈与圆筒间的连接　／３０２

　　１３．６．５　例　题　／３０３

　习　题　／３０４

第１４章　容器零部件　／３０７

　１４．１　法兰连接　／３０７

　　１４．１．１　法兰连接结构与

密封原理　／３０７

　　１４．１．２　法兰的结构与分类　／３０８

　　１４．１．３　影响法兰密封的因素　／３１０

　　１４．１．４　法兰标准及选用　／３１７

　１４．２　容器支座　／３２８

　　１４．２．１　卧式容器支座　／３２８

　　１４．２．２　立式容器支座　／３３５

　１４．３　容器的开孔补强　／３３６

　　１４．３．１　开孔应力集中现象

及其原因　／３３６

　　１４．３．２　开孔补强设计原则、

形式与结构　／３３８

　　１４．３．３　等面积补强设计方法　／３４１

　　１４．３．４　例　题　／３４７

　１４．４　容器附件　／３４８

　　１４．４．１　接　管　／３４８

　　１４．４．２　凸　缘　／３４８

　　１４．４．３　手孔与人孔　／３４９

　　１４．４．４　视　镜　／３５０

　１４．５　容器设计举例　／３５０

　　１４．５．１　罐体壁厚设计　／３５０

　　１４．５．２　封头厚度设计　／３５１

　　１４．５．３　鞍　座　／３５１

　　１４．５．４　人　孔　／３５２

　　１４．５．５　人孔补强　／３５４

　　１４．５．６　接　管　／３５４

　　１４．５．７　设备总装配图　／３５５

　习　题　／３５７

　第４篇　典型化工设备的机械设计

第１５章　管壳式换热器的机械设计　／３６３

　１５．１　概　述　／３６３

　　１５．１．１　换热器的类型　／３６３

　　１５．１．２　换热器的选型　／３６４

　１５．２　管壳式换热器　／３６６

　　１５．２．１　基本类型　／３６６

　　１５．２．２　总体设计　／３６８

　１５．３　管壳式换热器的主要部件与

结构设计　／３６９

　　１５．３．１　管　板　／３６９

　　１５．３．２　管　束　／３７０

　　１５．３．３　管子与管板的连接　／３７２

　　１５．３．４　管　箱　／３７４

　　１５．３．５　管板与壳体的连接　／３７５

　　１５．３．６　管板与管箱的连接　／３７６

　　１５．３．７　管束分程　／３７７

　　１５．３．８　折流板和支承板　／３７８

目　录

　６ 　　

　　１５．３．９　拉杆和定距管　／３８０

　　１５．３．１０　进、出口接管　／３８１

　　１５．３．１１　防冲和导流　／３８１

　　１５．３．１２　排液口和排气口　／３８２

　　１５．３．１３　支　座　／３８２

　１５．４　管板的计算与校核　／３８２

　　１５．４．１　基本假设　／３８２

　　１５．４．２　影响管板应力的因素　／３８３

　　１５．４．３　计算与校核　／３８４

　１５．５　温差应力及膨胀节设置　／３８４

　　１５．５．１　温差引起的应力计算　／３８４

　　１５．５．２　管子拉脱力计算及

校核　／３８５

　　１５．５．３　温差应力的补偿　／３８６

　　１５．５．４　膨胀节结构及设置　／３８７

　１５．６　热管及热管换热器　／３８９

　　１５．６．１　热　管　／３８９

　　１５．６．２　热管换热器　／３９１

第１６章　塔设备设计　／３９５

　１６．１　概　述　／３９５

　　１６．１．１　塔设备的作用和类型　／３９５

　　１６．１．２　塔类型选择　／３９５

　　１６．１．３　对塔设备的要求　／３９６

　１６．２　板式塔　／３９６

　　１６．２．１　设计内容　／３９６

　　１６．２．２　总体结构及分类　／３９７

　　１６．２．３　塔盘结构　／３９７

　１６．３　填料塔　／４０９

　　１６．３．１　设计内容　／４０９

　　１６．３．２　总体结构　／４１０

　　１６．３．３　填料类型及选用　／４１０

　　１６．３．４　液体的分布装置和

再分布装置　／４１４

　　１６．３．５　填料的支承装置　／４１９

　　１６．３．６　填料压板和床层限制板　／４２０

　１６．４　辅装置及附件　／４２１

　　１６．４．１　裙　座　／４２１

　　１６．４．２　除沫器　／４２２

　　１６．４．３　接　管　／４２３

　　１６．４．４　吊　柱　／４２７

　１６．５　塔设备的机械设计　／４２８

　　１６．５．１　塔体的机械设计　／４２８

　　１６．５．２　裙座的机械设计　／４３９

　１６．６　塔体与裙座的机械设计举例　／４４７

　习　题　／４５３

附　录　／４５４

　附录１　常用金属材料的物理性能　／４５４

　附录２　优质碳素结构钢的钢号和

化学成分（ＧＢ７１１—８８）　／４５５

　附录３　碳素结构钢的钢号、化学成分及

力学性能　／４５６

　附录４　锅炉和压力容器用钢板

（ＧＢ７１３—２００８）　／４５７

　附录５　螺栓、螺母材料组合及

适用温度范围　／４５９

　附录６　钢板、钢管、锻件和螺栓的

许用应力　／４６０

　附录７　图１３６和图１３８～图１３１５

数据表（ＧＢ１５０—１９９８）　／４７０

　附录８　长颈法兰的最大允许工作压力

（ＪＢ／Ｔ４７００—２０００）　／４７６

　附录９　甲型、乙型平焊法兰和长颈法兰

螺柱材料的选用　／４７７

　附录１０　甲型平焊法兰、乙型平焊法兰

尺寸系列　／４８０

　附录１１　管法兰标准（ＨＧ２０５９２—

９７）　／４８３

　附录１２　双鞍式支座标准（ＪＢ／Ｔ４７１２—

９２）　／４９４

　附录１３　耳式支座标准（ＪＢ／Ｔ４７２５—

９２）　／５０４

　附录１４　裙座上开设检查孔处的

断面模数及面积　／５０６

　附录１５　裙座标准系列尺寸　／５０７

　附录１６　型钢表　／５１０

参考文献　／５２１