機(jī)械熱變形理論及應(yīng)用

前言

　　任何物體均是存在于一定的溫度環(huán)境之中的，構(gòu)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(chǎn)和科技活動(dòng)在不同程度上受到溫度影響是不可避免的客觀規(guī)律。現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)告訴我們，人們可以發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律并利用它來(lái)為人類服務(wù)。　　在工程技術(shù)與科技活動(dòng)中，溫度的影響尤為顯著，特別是高性能高精度機(jī)械工程與儀器科技中，溫度已成為影響機(jī)械與儀器性能及精度的重要或關(guān)鍵的因素，因此人們多年來(lái)一直重視對(duì)溫度的影響進(jìn)行研究，并取得了一定成果。由費(fèi)業(yè)泰主持的學(xué)科組，在國(guó)家自然科學(xué)基金、原機(jī)械工業(yè)部技術(shù)發(fā)展基金和教育部博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)基金等大力支持下，近30年來(lái)連續(xù)獲得8個(gè)高水平資助項(xiàng)目和3項(xiàng)合作研究課題，其中國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目6個(gè)。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(duì)機(jī)械熱變形理論及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的研究，取得了具有一定新穎性和實(shí)用性的創(chuàng)新成果?！　C(jī)械熱變形理論及應(yīng)用研究，涉及多學(xué)科領(lǐng)域，在理論與實(shí)踐上均具有相當(dāng)難度，本學(xué)科組堅(jiān)持不懈，克服多重困難，使研究工作不斷深入，取得了新進(jìn)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(jī)械熱變形理論存在的不足，給予補(bǔ)充完善及新解釋；二是對(duì)傳統(tǒng)理論中沒(méi)有研究而又具有重要性的問(wèn)題進(jìn)行了深人研究，提出了新的理論與認(rèn)識(shí)；三是對(duì)傳統(tǒng)理論研究過(guò)的但又有不妥之處的問(wèn)題提出了更為科學(xué)的理論。這三方面的理論與實(shí)踐成果在本書(shū)各章相關(guān)內(nèi)容中均有詳細(xì)的論述。

內(nèi)容概要

本學(xué)科組的機(jī)械熱變形理論及研究取得的多項(xiàng)研究成果已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界產(chǎn)生重要影響，并得到國(guó)家有關(guān)部門的重視，共有40余位省部級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、國(guó)家自然科學(xué)基金委領(lǐng)導(dǎo)和院士來(lái)本學(xué)科組研究實(shí)驗(yàn)室參觀指導(dǎo)，其中包括原機(jī)械部包敘定部長(zhǎng)，教育部周濟(jì)部長(zhǎng)，雷天覺(jué)院士、金國(guó)藩院士、劉先林院士、李同保院士等20余位院士，他們對(duì)本學(xué)科組的研究成果均給予充分肯定與高度評(píng)價(jià)，同時(shí)給予大力支持，這對(duì)我們研究工作的持久深入是巨大鼓舞。    為了對(duì)我們的研究工作與成果進(jìn)行全面系統(tǒng)的總結(jié)，并發(fā)揮廣泛的社會(huì)效應(yīng)，在國(guó)防科技圖書(shū)出版基金的支持下，我們撰寫(xiě)了這本機(jī)械熱變形理論及應(yīng)用專著。根據(jù)多年來(lái)的研究成果，我們擬定了本書(shū)體系、綱目與各章內(nèi)容，并由參加實(shí)際研究工作的幾位教師和研究生分別撰寫(xiě)有關(guān)章節(jié)。全書(shū)由費(fèi)業(yè)泰主持撰寫(xiě)及修改定稿，并撰寫(xiě)第1章，李桂華博士、副教授撰寫(xiě)第2章，盧榮勝博士、教授撰寫(xiě)第3章，黃強(qiáng)先博士、教授撰寫(xiě)第4章，胡鵬浩博士、教授撰寫(xiě)第5章，羅哉博士、副教授撰寫(xiě)第6章，苗恩銘博士、副教授和李光珂碩士共同撰寫(xiě)第7章。此外，李光珂碩士還參加全書(shū)各章統(tǒng)稿等工作。

書(shū)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(jìn)展及主要問(wèn)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(yīng)用技術(shù)研究  1.7 環(huán)境溫度控制技術(shù)第2章 機(jī)械熱變形的基礎(chǔ)理論  2.1 熱傳導(dǎo)理論基礎(chǔ)及分析    2.1.1 熱傳導(dǎo)的概念    2.1.2 溫度場(chǎng)的邊值條件    2.1.3 溫度場(chǎng)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(wèn)題的基本方程    2.2.2 熱應(yīng)力問(wèn)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(jī)理與理論計(jì)算    3.3.1 弗蘭克爾雙原子模型    3.3.2 準(zhǔn)諧振近似理論    3.3.3 熱膨脹現(xiàn)象的定性說(shuō)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(cè)量方法所帶來(lái)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(biāo)準(zhǔn)造成的誤差    3.4.8 其他因素對(duì)測(cè)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(jì)算    3.5.1 平均熱膨脹系數(shù)產(chǎn)生的誤差    3.5.2 微分熱膨脹系數(shù)產(chǎn)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(chǎn)生的誤差  3.6 材料熱膨脹系數(shù)對(duì)熱變形計(jì)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(fù)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(jī)理第5章 常見(jiàn)機(jī)械零件形體熱變形計(jì)算第6章 最佳熱配合理論及應(yīng)用研究第7章 多維高精度熱變形試驗(yàn)裝置參考文獻(xiàn)

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(dòng)均是在一定溫度環(huán)境條件下進(jìn)行的，因此人類各種活動(dòng)受到溫度的影響也是不可避免的。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們不斷研究并掌握了溫度對(duì)自然界以及生活、生產(chǎn)和科技活動(dòng)的影響規(guī)律，并利用這種規(guī)律為各種實(shí)際活動(dòng)服務(wù)，使其達(dá)到最佳狀態(tài)與效果。中國(guó)是世界上較早感知和利用控制熱現(xiàn)象的國(guó)家，《考工記》生動(dòng)記載了公元前五世紀(jì)中國(guó)冶煉工匠已能通過(guò)火焰的顏色判定爐中金屬的溫度，以控制冶煉質(zhì)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(kāi)山劈嶺。公元前約120年，中國(guó)人已發(fā)明了利用熱空氣向上流通來(lái)推動(dòng)“走馬燈”轉(zhuǎn)動(dòng)。與此同時(shí)，其他文明古國(guó)也有相應(yīng)利用溫度效應(yīng)的記載，為人類社會(huì)進(jìn)步作出了貢獻(xiàn)。在18世紀(jì)，最早將材料熱膨脹現(xiàn)象作為科學(xué)問(wèn)題來(lái)研究的是荷蘭天文學(xué)家Petrus Von Musschenbrock。1730年他研究了鐘擺桿熱膨脹對(duì)鐘擺周期的影響，發(fā)現(xiàn)鐘擺長(zhǎng)度的變化引起了計(jì)時(shí)誤差，后來(lái)對(duì)幾種材料的熱膨脹進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鐵的熱膨脹最小，最后得出結(jié)論，認(rèn)為用鐵制作鐘擺桿最為合適。

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