機械熱變形理論及應用

前言

　　任何物體均是存在于一定的溫度環(huán)境之中的，構成物體的材料物理性能或形體在不同溫度環(huán)境下將受到一定的影響，人們常言的材料熱脹冷縮現(xiàn)象也已成為人皆知曉的自然現(xiàn)象，因此人類的生活、生產和科技活動在不同程度上受到溫度影響是不可避免的客觀規(guī)律?，F(xiàn)代科學知識告訴我們，人們可以發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律并利用它來為人類服務?！　≡诠こ碳夹g與科技活動中，溫度的影響尤為顯著，特別是高性能高精度機械工程與儀器科技中，溫度已成為影響機械與儀器性能及精度的重要或關鍵的因素，因此人們多年來一直重視對溫度的影響進行研究，并取得了一定成果。由費業(yè)泰主持的學科組，在國家自然科學基金、原機械工業(yè)部技術發(fā)展基金和教育部博士學科點專項基金等大力支持下，近30年來連續(xù)獲得8個高水平資助項目和3項合作研究課題，其中國家自然基金資助項目6個。我們先后共有20余位師生（其中包括博士和碩士研究生18人）投入研究工作，對機械熱變形理論及應用技術進行了較為系統(tǒng)深入的研究，取得了具有一定新穎性和實用性的創(chuàng)新成果?！　C械熱變形理論及應用研究，涉及多學科領域，在理論與實踐上均具有相當難度，本學科組堅持不懈，克服多重困難，使研究工作不斷深入，取得了新進展和創(chuàng)新成果，其主要表現(xiàn)在三方面：一是研究了傳統(tǒng)機械熱變形理論存在的不足，給予補充完善及新解釋；二是對傳統(tǒng)理論中沒有研究而又具有重要性的問題進行了深人研究，提出了新的理論與認識；三是對傳統(tǒng)理論研究過的但又有不妥之處的問題提出了更為科學的理論。這三方面的理論與實踐成果在本書各章相關內容中均有詳細的論述。

內容概要

本學科組的機械熱變形理論及研究取得的多項研究成果已在國內外學術界產生重要影響，并得到國家有關部門的重視，共有40余位省部級領導、國家自然科學基金委領導和院士來本學科組研究實驗室參觀指導，其中包括原機械部包敘定部長，教育部周濟部長，雷天覺院士、金國藩院士、劉先林院士、李同保院士等20余位院士，他們對本學科組的研究成果均給予充分肯定與高度評價，同時給予大力支持，這對我們研究工作的持久深入是巨大鼓舞。    為了對我們的研究工作與成果進行全面系統(tǒng)的總結，并發(fā)揮廣泛的社會效應，在國防科技圖書出版基金的支持下，我們撰寫了這本機械熱變形理論及應用專著。根據(jù)多年來的研究成果，我們擬定了本書體系、綱目與各章內容，并由參加實際研究工作的幾位教師和研究生分別撰寫有關章節(jié)。全書由費業(yè)泰主持撰寫及修改定稿，并撰寫第1章，李桂華博士、副教授撰寫第2章，盧榮勝博士、教授撰寫第3章，黃強先博士、教授撰寫第4章，胡鵬浩博士、教授撰寫第5章，羅哉博士、副教授撰寫第6章，苗恩銘博士、副教授和李光珂碩士共同撰寫第7章。此外，李光珂碩士還參加全書各章統(tǒng)稿等工作。

書籍目錄

第1章 緒論  1.1 熱變形誤差研究的重要意義  1.2 熱變形誤差研究進展及主要問題  1.3 熱變形誤差的影響因素分析  1.4 精確材料熱膨脹系數(shù)研究  1.5 熱變形理論研究  1.6 熱變形理論應用技術研究  1.7 環(huán)境溫度控制技術第2章 機械熱變形的基礎理論  2.1 熱傳導理論基礎及分析    2.1.1 熱傳導的概念    2.1.2 溫度場的邊值條件    2.1.3 溫度場的求解  2.2 熱彈性理論及其解法    2.2.1 各向同性體熱彈性問題的基本方程    2.2.2 熱應力問題解法第3章 材料熱膨脹系數(shù)  3.1 概述  3.2 材料熱膨脹系數(shù)的定義  3.3 材料熱膨脹機理與理論計算    3.3.1 弗蘭克爾雙原子模型    3.3.2 準諧振近似理論    3.3.3 熱膨脹現(xiàn)象的定性說明    3.3.4 熱膨脹現(xiàn)象的定量描述  3.4 材料熱膨脹系數(shù)的影響因素分析    3.4.1 溫度的影響    3.4.2 材料成分變化的影響    3.4.3 材料金相組織的影響    3.4.4 試樣加工方法不同造成的材料熱膨脹系數(shù)值的差別    3.4.5 測量方法所帶來的誤差分析    3.4.6 試樣形狀尺寸的影響    3.4.7 材料熱膨脹系數(shù)定義的標準造成的誤差    3.4.8 其他因素對測量值的影響  3.5 材料熱膨脹系數(shù)定義不同引起的誤差分析計算    3.5.1 平均熱膨脹系數(shù)產生的誤差    3.5.2 微分熱膨脹系數(shù)產生的誤差    3.5.3 現(xiàn)行兩種定義的材料微分熱膨脹系數(shù)定義不同產生的誤差  3.6 材料熱膨脹系數(shù)對熱變形計算精度的影響分析    3.6.1 線膨脹系數(shù)的近似性    3.6.2 熱變形誤差模型的非線性    3.6.3 物體形狀的復雜性    3.6.4 物體溫度的不均勻性    3.6.5 熱變形誤差公式的可靠性  3.7 形體熱變形系數(shù)的概念  ……第4章 零件形體熱變形機理第5章 常見機械零件形體熱變形計算第6章 最佳熱配合理論及應用研究第7章 多維高精度熱變形試驗裝置參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1 熱變形誤差研究的重要意義　　物體材料具有熱脹冷縮的現(xiàn)象，這是人人皆知的自然規(guī)律。人類的任何活動均是在一定溫度環(huán)境條件下進行的，因此人類各種活動受到溫度的影響也是不可避免的。隨著經濟發(fā)展和科學技術的進步，人們不斷研究并掌握了溫度對自然界以及生活、生產和科技活動的影響規(guī)律，并利用這種規(guī)律為各種實際活動服務，使其達到最佳狀態(tài)與效果。中國是世界上較早感知和利用控制熱現(xiàn)象的國家，《考工記》生動記載了公元前五世紀中國冶煉工匠已能通過火焰的顏色判定爐中金屬的溫度，以控制冶煉質量。公元前261年—256年，李冰父子在都江堰工程中用“積薪燒之”方法，利用熱脹冷縮規(guī)律開山劈嶺。公元前約120年，中國人已發(fā)明了利用熱空氣向上流通來推動“走馬燈”轉動。與此同時，其他文明古國也有相應利用溫度效應的記載，為人類社會進步作出了貢獻。在18世紀，最早將材料熱膨脹現(xiàn)象作為科學問題來研究的是荷蘭天文學家Petrus Von Musschenbrock。1730年他研究了鐘擺桿熱膨脹對鐘擺周期的影響，發(fā)現(xiàn)鐘擺長度的變化引起了計時誤差，后來對幾種材料的熱膨脹進行測量，結果發(fā)現(xiàn)鐵的熱膨脹最小，最后得出結論，認為用鐵制作鐘擺桿最為合適。

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