《過程設(shè)備設(shè)計1》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱過程設(shè)備設(shè)計（2-1）ProcessEquipmentDesign(2-1)課程編碼CNE121112100開課院部新能源學(xué)院課程團隊靜設(shè)備組學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時48講授48實驗0上機0實踐0課外學(xué)時48適用專業(yè)過程裝備與控制工程授課語言中文先修課程工程材料、材料力學(xué)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、金屬焊接課程簡介（必修）本課程是過程裝備與控制工程專業(yè)的主干專業(yè)課程，主要講述過程設(shè)備殼體-壓力容器的設(shè)計理論和設(shè)計方法。本課程的主要內(nèi)容包括：壓力容器應(yīng)用及工作特點、分類方法，壓力容器設(shè)計準(zhǔn)則和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，壓力容器的安全監(jiān)察；壓力容器用材料；中低壓容器規(guī)則設(shè)計：回轉(zhuǎn)殼體應(yīng)力分析理論-無力矩理論和有力矩理論，邊緣問題，薄平板理論，內(nèi)壓薄壁容器的工程設(shè)計，法蘭連接結(jié)構(gòu)；外壓容器設(shè)計；壓力容器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計：局部應(yīng)力，開孔補強，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計；高壓容器設(shè)計：厚壁圓筒彈-塑性應(yīng)力分析，高壓容器的工程設(shè)計，高壓容器密封結(jié)構(gòu)；壓力容器分析設(shè)計理論和方法，塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則，安定性失效設(shè)計準(zhǔn)則。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠運用壓力容器及零部件設(shè)計理論和方法正確對壓力容器進行應(yīng)力分析和強度設(shè)計，初步具備壓力容器的工程設(shè)計能力，且具有工程倫理意識、精益求精的大國工匠精神、科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。ProcessequipmentdesignisoneofthemajorcoursesforProcessEquipment&ControlEngineering.Thiscoursefocusesonthedesigntheoryandmethodsofpressurevessel.Themaincontentsofthiscourseincludesapplication,servicecharacteristics,classificationmethodsofpressurevessels,designcriteria,standardsandspecifications,safetysupervisionforpressurevessel;Pressurevesselmaterials;Designbyrulesformiddleandlow-pressurevessel:membraneshelltheory,shelltheorywithmomentsforthinshellofrevolution,edgeproblem,thinplatetheory,engineeringdesignforthin-walledvesselunderinternalpressure;Externalpressurevesseldesign;Grossstructuredesignofpressurevessel:localstress,openingreinforcement,weldingstructuredesign;Highpressurevesseldesign:elastic-plasticstressanalysisonthick-walledcylinder,engineeringdesignforhighpressurevessels,sealingstructuresforhighpressurevessel;Theoryandmethodofdesignbystressanalysisforpressurevessel,designcriteriaforplasticfailure,designcriteriaforstabilityfailure.Throughthestudyofthiscourse,studentscanmasterthedesigntheoryandmethodofpressurevesselsandparts,cancorrectlycarryoutstressanalysisandstrengthdesignofpressurevessels,andpreliminarilyhavetheengineeringdesignabilityofpressurevessels.Moreover,studentshavethesenseofengineeringethics,thespiritofcraftsmanofabigcountry,thefeelingofservingthecountrywithscienceandtechnologyandthesenseofmission.負責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：要求學(xué)生具備綜合應(yīng)用所學(xué)的中低壓容器、高壓容器以及外壓容器的筒體、封頭及主要承壓零部件設(shè)計計算的基本理論和方法，解決過程設(shè)備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工程計算和設(shè)計問題的能力；是1.42M2目標(biāo)2：要求學(xué)生能夠運用無力矩理論、有力矩理論、圓平板理論、厚壁筒理論及外壓失穩(wěn)相關(guān)力學(xué)知識，具備過程設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜工程問題的計算分析能力;是2.33M3目標(biāo)3：要求學(xué)生了解國內(nèi)外過程設(shè)備領(lǐng)域的相關(guān)法律、法規(guī)，理解過程工業(yè)特征，依據(jù)相關(guān)過程設(shè)備設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和安全技術(shù)規(guī)范要求，具備進行過程設(shè)備的初步工程設(shè)計能力；是3.1,6.24M4目標(biāo)4：要求學(xué)生能夠閱讀、編制過程設(shè)備相關(guān)工程設(shè)計計算文件，具備針對相關(guān)過程設(shè)備設(shè)計、制造、檢修、安裝、維護管理等環(huán)節(jié)提出科學(xué)技術(shù)要求的能力;是3.1,3.3三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章概述教學(xué)重點：壓力容器的工作特點及分類，壓力容器設(shè)計準(zhǔn)則及主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，壓力容器的安全監(jiān)察體系。教學(xué)難點：無/////21.11.1緒言壓力容器定義，載荷種類，應(yīng)用范圍，分類方法；壓力容器事故的危害性；壓力容器設(shè)計的基本要求。M1,M31講授1自學(xué)資料31.21.2壓力容器的質(zhì)保體系設(shè)計準(zhǔn)入制度，材料質(zhì)量要求，制造過程中的檢驗，壓力容器在役檢驗和監(jiān)控。M1,M30.5講授0.5自學(xué)資料41.31.3壓力容器設(shè)計準(zhǔn)則壓力容器的失效形式：強度失效、剛度失效、泄漏失效、韌性斷裂、脆性斷裂；壓力容器的設(shè)計準(zhǔn)則：彈性失效設(shè)計準(zhǔn)則、塑性失效設(shè)計準(zhǔn)則、爆破失效設(shè)計準(zhǔn)則、安定性失效設(shè)計準(zhǔn)則。M1,M30.5講授0.5自學(xué)資料51.41.4壓力容器設(shè)計主要規(guī)范國內(nèi)外壓力容器的規(guī)則設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。M1,M31講授1自學(xué)資料61.51.5中國壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察體系特種設(shè)備的定義及分類，安全監(jiān)察手段及環(huán)節(jié)。M1,M31講授1自學(xué)資料7第2章第2章壓力容器用材料教學(xué)重點：壓力容器常用鋼材及標(biāo)準(zhǔn)；壓力容器材料性能及其影響因素，壓力容器選材原則。教學(xué)難點：壓力容器選材原則。/////82.12.1壓力容器材料壓力容器常用鋼材及標(biāo)準(zhǔn)，有色金屬和非金屬材料M1,M31講授1自學(xué)資料92.22.2壓力容器鋼材性能要求機械性能，耐腐蝕性能，焊接性能，熱處理M1,M31講授1自學(xué)資料102.32.3壓力容器用鋼性能的影響因素溫度和環(huán)境介質(zhì)對壓力容器材料性能的影響，加載速率的影響M1,M31講授1自學(xué)資料112.42.4壓力容器材料選擇壓力容器選材的基本原則M1,M31講授1自學(xué)資料12第3章第3章內(nèi)壓薄壁容器的規(guī)則設(shè)計教學(xué)重點：旋轉(zhuǎn)薄殼的無力矩理論及應(yīng)用，邊緣問題的求解及邊緣應(yīng)力的計算，平板應(yīng)力分析，薄壁容器的工程設(shè)計，法蘭密封設(shè)計。教學(xué)難點：無力矩理論基本方程的推導(dǎo)過程，典型回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力求解，圓柱殼有力矩理論，圓板方程推導(dǎo)，強度理論及設(shè)計準(zhǔn)則、強度公式推導(dǎo)。/////133.13.1回轉(zhuǎn)殼體的應(yīng)力分析回轉(zhuǎn)殼體基本概念，無力矩理論的基本方程，典型回轉(zhuǎn)殼體的薄膜應(yīng)力；回轉(zhuǎn)薄殼的薄膜變形；無力矩理論的應(yīng)用條件；圓柱殼軸對稱問題的有力矩理論；回轉(zhuǎn)薄殼的邊緣問題。M1,M26講授6自學(xué)、作業(yè)143.23.2圓板的應(yīng)力分析基本概念，基本假設(shè)，圓板軸對稱彎曲基本方程，圓板與環(huán)板的計算，帶有平蓋圓筒的邊緣分析。M1,M24講授4自學(xué)、作業(yè)153.33.3內(nèi)壓薄壁容器的設(shè)計圓筒和球殼的設(shè)計，設(shè)計參數(shù)的規(guī)定，壓力試驗，封頭的設(shè)計計算M1,M26講授6自學(xué)、作業(yè)163.43.4法蘭法蘭的應(yīng)用，法蘭標(biāo)準(zhǔn)，法蘭的結(jié)構(gòu)類型，法蘭密封原理，墊片類型，螺栓及其選用，法蘭設(shè)計M1,M26講授、討論6自學(xué)、作業(yè)17第4章第4章壓力容器總體設(shè)計教學(xué)重點：局部應(yīng)力，應(yīng)力集中，開孔及接管的應(yīng)力集中，容器的開孔補強設(shè)計，壓力容器的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計。教學(xué)難點：局部應(yīng)力的計算，容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題分析。/////184.14.1總體設(shè)計問題概述總體結(jié)構(gòu)分析及局部應(yīng)力問題，容器設(shè)計中的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題M40.5講授0.5自學(xué)資料194.24.2開孔及補強設(shè)計應(yīng)力集中，應(yīng)力集中系數(shù)，開孔補強的原則、結(jié)構(gòu)類型，等面積補強，極限設(shè)計補強M40.5講授0.5自學(xué)資料204.34.3局部應(yīng)力計算局部應(yīng)力產(chǎn)生原因、常見結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力的計算M41講授1自學(xué)資料214.44.4焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計壓力容器焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計，焊縫分類，焊縫結(jié)構(gòu)安全性分析M41講授1自學(xué)資料22第5章第5章外壓容器設(shè)計教學(xué)重點：失穩(wěn)概念，臨界壓力公式，外壓圓筒和封頭工程設(shè)計方法。教學(xué)重點：受均布側(cè)向外壓的長圓筒及短筒的臨界壓力的計算，外壓封頭法蘭的理論基本方程推導(dǎo)。/////235.15.1概述失穩(wěn)失效的概念，臨界壓力，設(shè)計外壓力。M1,M21講授1自學(xué)資料245.25.2外壓薄壁圓筒的穩(wěn)定性計算外壓圓筒的分類，長圓筒的臨界壓力，短圓筒的臨界壓力，軸向受壓圓筒的臨界壓力，非彈性失穩(wěn)。M1,M21講授1自學(xué)資料255.35.3外壓圓筒的設(shè)計計算公式法，圖算法的根據(jù)，圖算法的基本步驟，計算長度，加強圈的設(shè)計計算M1,M21講授1自學(xué)、作業(yè)265.45.4外壓封頭和法蘭設(shè)計外壓半球形封頭計算，橢圓形封頭計算，碟形封頭計算，外壓法蘭計算M1,M21講授1自學(xué)、作業(yè)27第6章第6章高壓容器設(shè)計教學(xué)重點：高壓容器的筒體結(jié)構(gòu)，厚壁圓筒彈、塑性應(yīng)力分析，高壓容器設(shè)計方法，高壓密封結(jié)構(gòu)。教學(xué)難點：高壓容器材料性能要求，溫差應(yīng)力特點及應(yīng)力組合，自增強處理的原理，雙錐環(huán)密封的螺栓載荷計算。/////286.16.1概述高壓容器的應(yīng)用，高壓容器的結(jié)構(gòu)特點，高壓容器的材料M1,M21講授1自學(xué)資料296.26.2高壓容器筒體的結(jié)構(gòu)與強度設(shè)計厚壁筒體的彈性應(yīng)力分析，厚壁筒體的彈塑性應(yīng)力分析，厚壁筒體的溫差應(yīng)力分析，厚壁筒體的自增強處理，高壓筒體的失效與強度計算M1,M23講授3自學(xué)資料306.36.3高壓容器的密封結(jié)構(gòu)平墊密封、卡扎里密封、雙錐密封、伍德密封的原理和特點；了解C型密封、空心金屬O型環(huán)密封、高壓管道密封及其他形式的自緊密封的原理和特點。M1,M21講授1自學(xué)、作業(yè)316.46.4高壓容器的主要零部件設(shè)計高壓螺栓設(shè)計，高壓平蓋的設(shè)計計算，高壓筒體端部的設(shè)計；高壓容器的開孔補強M1,M21講授1自學(xué)、作業(yè)32第7章第7章壓力容器分析設(shè)計教學(xué)重點：壓力容器的應(yīng)力分類，應(yīng)力強度計算，安定性準(zhǔn)則，分析設(shè)計的基本步驟。教學(xué)難點：應(yīng)力分類的根據(jù)，塑性極限載荷。/////337.17.1壓力容器分析設(shè)計規(guī)則設(shè)計的局限性，分析設(shè)計的總體思想，壓力容器的載荷和應(yīng)力，分析設(shè)計的基本概念M20.5講授0.5自學(xué)資料347.27.2應(yīng)力分類應(yīng)力分類的原則，一次應(yīng)力、二次應(yīng)力、峰值應(yīng)力M20.5講授0.5自學(xué)資料357.37.3各類應(yīng)力強度限制條件組合應(yīng)力強度，設(shè)計應(yīng)力強度，應(yīng)力強度限制，塑性設(shè)計準(zhǔn)則，安定性準(zhǔn)則，疲勞設(shè)計準(zhǔn)則。M22講授2自學(xué)資料367.47.4分析設(shè)計程序分析設(shè)計的一般程序，應(yīng)力強度的校核程序及限制值，載荷組合系數(shù)。M22講授、討論2自學(xué)資料四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。2.考核學(xué)生對中低壓容器、高壓容器以及外壓容器的筒體、封頭及主要承壓零部件設(shè)計計算的基本理論和方法的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力題型主要有分析和計算題。25%2綜述報告1.本課程要求學(xué)生綜合運用所學(xué)基本知識對典型失效案例開展分析和總結(jié)。2.根據(jù)報告內(nèi)容是否符合規(guī)定，結(jié)構(gòu)完整性，層次是否清晰，論述表達是否清楚，分析和總結(jié)是否深入和全面評分。20%3期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。3.主要考核學(xué)生對中低壓容器、高壓容器以及外壓容器的筒體、封頭及主要承壓零部件設(shè)計計算的基本理論和方法的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有判斷題、填空題、選擇題、簡答題、計算題等。50%4課堂表現(xiàn)、考勤隨機點名、刷卡點名、上課精神狀態(tài)、回答問題等情況5%五、評分細則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)35%A-獨立思考、按時完成，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立思考、按時完成，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立思考、按時完成，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，解題思路混亂。2M1期末考試65%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）3M2平時作業(yè)35%A-獨立思考、按時完成，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立思考、按時完成，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立思考、按時完成，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。D-作業(yè)抄襲，未能按時完成，解題思路混亂。4M2期末考試65%（見試卷評分標(biāo)準(zhǔn)）5M3平時作業(yè)35%A-獨立思考、按時完成，解題思路清晰、步驟完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。B-獨立思考、按時完成，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式合理、答案準(zhǔn)確。C-獨立思考、按時完成，解題思路比較清晰、步驟比較完整、格式比較合理、答案準(zhǔn)確。