Zadania z maszynoznawstwa chemicznego

Witold Lewandowski, Anna Melcer

 

 

Niniejszy zbiór zadań jest dostosowany do wymagań programowych zajęć z przedmiotu maszynoznawstwo chemiczne, realizowanego na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej i innych wydziałach pokrewnych w trakcie I i II roku studiów. Tematyka zadań dotyczy głównie zagadnień spotykanych w budowie i eksploatacji elementów aparatury chemicznej oraz instalacji i konstrukcji przemysłowych.

Każdy rozdział poprzedzony jest krótkim wprowadzeniem teoretycznym, a następnie przedstawiony jest tok rozwiązywania przykładowych zadań, w których podane są podstawowe wzory, oznaczenia i metody postępowania. Zakres zadań obejmuje tradycyjne, klasyczne metody obliczeń stosowane w wytrzymałości materiałów, w ujęciu uproszczonym, umożliwiającym zrozumienie podstaw wytrzymałości zbiorników i aparatów wraz z ich oprzyrządowaniem. Uzyskana w ten sposób wiedza jest pewnym wprowadzeniem do dalszego kształcenia w tym zakresie. Umożliwia ona ogólne całościowe spojrzenie na zagadnienia techniczne spotykane w przemyśle chemicznym, lecz nie jest wystarczająca do samodzielnego projektowania aparatów i urządzeń. Do tego niezbędna jest pogłębiona wiedza z zakresu wytrzymałości materiałów, materiałów konstrukcyjnych, technik wykonania, komputerowego wspomagania projektowania, numerycznych metod obliczeniowych (np. metody elementów skończonych), a także znajomość przepisów dozoru technicznego.


SPIS TREŚCI:

WSTĘP 5

1. PODSTAWOWE WIADOMOŚCI Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW 7
1.1. Wprowadzenie 7
1.2. Podział naprężeń i odkształceń 7
1.2.1. Naprężenia normalne 8
1.2.2. Naprężenia styczne 8
1.2.3. Naprężenia zastępcze 8
1.2.4. Podział odkształceń 9
1.3. Kryteria wytrzymałościowe 9
1.3.1. Naprężenia dopuszczalne w obciążeniach statycznych 9
1.3.2. Badania wytrzymałościowe na rozrywanie 10
1.3.3. Statyczny współczynnik bezpieczeństwa 11

2. OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE I ŚCISKANIE 13
2.1. Wprowadzenie 13
2.2. Naprężenia rozciągające 13
2.2.1. Rozrywanie własnym ciężarem 14
2.2.2. Prawo Hooke’a 14
2.3. Naprężenia ściskające 15
2.4. Odkształcenia 16
2.4.1. Odkształcenia wzdłużne 16
2.4.2. Odkształcenie poprzeczne 16
2.5. Obliczanie elementów na rozciąganie i ściskanie 17
2.6. Przykłady obliczeń elementów rozciąganych i ściskanych 17

3. NAPRĘŻENIA ROZCIĄGAJĄCE W ZBIORNIKACH 35
3.1. Naprężenia w ściankach cylindrycznych - walczakach 36
3.1.1. Rozrywające naprężenia obwodowe 37
3.1.2. Rozrywające naprężenia wzdłużne 37
3.2. Naprężenia i grubość ścianki zbiorników cylindrycznych 38
3.3. Naprężenia i grubość ścianki zbiornika kulistego 38
3.4. Obliczanie śrub w połączeniach kołnierzowych zbiorników 39
3.5. Obliczanie powłok cienkościennych zbiorników 45
3.6. Obliczanie łączne powłok cienkościennych i śrub 52

4. NACISK POWIERZCHNIOWY 57

5. ŚCINANIE I STYCZNE NAPRĘŻENIA ŚCINAJĄCE 59
5.1. Wprowadzenie 59
5.2. Naprężenia tnące 59
5.3. Naprężenia dopuszczalne na ścinanie 60
 
6. OBLICZANIE NAPRĘŻEŃ σr, σsc, σn i σt
6.1. Obliczanie połączeń gwintowanych 61
6.1.1. Wprowadzenie do połączeń gwintowych 61
6.1.2. Obliczanie do połączeń gwintowych 62
6.2. Obliczanie połączeń spawanych 68
6.2.1. Wprowadzenie do połączeń spawanych 68
6.2.2. Zadania na obliczanie połączeń spawanych 70
6.3. Obliczanie połączeń nitowanych 80
6.3.1. Wprowadzenie do połączeń nitowanych 80
6.3.2. Obliczanie połączeń nitowych 80
6.3.3. Zadania na obliczanie połączeń nitowych 81

7. Naprężenia wyboczające 89
7.1. Wprowadzenie 89
7.2. Współczynnik smukłości λ 89
7.3. Siła krytyczna Fkr 90
7.4. Zakresy wyboczenia 91
7.4.1. Wyboczenie sprężyste 91
7.4.2. Wyboczenie niesprężyste (plastyczne) 92
7.5. Współczynnik zamocowania α i przypadki wyboczenia 92
7.6. Obliczanie wytrzymałościowe na wyboczenie 93
7.6.1. Obliczanie dopuszczalnych obciążeń dla elementów o danych wymiarach 94
7.6.2. Obliczanie wymiarów dla zadanych obciążeń wyboczających 94
7.7. Momenty bezwładności Ix, Iy, I0, Imin 95
7.7.1. Twierdzenie Steinera 95
7.7.2. Sposób liczenia osiowych momentów bezwładności przekrojów złożonych 96
7.8. Przykłady obliczeń wytrzymałości na wyboczenie 97

8. PODSUMOWANIE - WSZYSTKIE OMÓWIONE NAPRĘŻENIA 114
8.1. Wprowadzenie 114
8.2. Sposób postępowania 114
8.2.1. Sposób prowadzenia obliczeń na konkretnym przykładzie 114
8.3. Przykłady obliczeniowe 119

Zestawienie symboli wielkości całościowych jednostek miar stosowanych w obliczeniach wytrzymałościowych 131
Literatura 132