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1主应力

一点应力状态结构中的一个成员在一个复杂的系统负荷是描述的规模和方向的主应力。

主应力的最大值的正常应力的作用点，飞机上的剪应力为零。

在二维应力系统，fig.1.11，主应力在任何时候都与正常应力在XY方向，和，和剪应力在点由以下方程：

主应力，

最大剪应力在点等于一半的主应力之间的代数差：

最大剪应力，

压应力通常是作为负拉伸为阳性。

2。

分类压力容器

为宗旨，分析和设计，压力容器分为2类不同的壁厚比血管直径；薄壁容器，与厚度之比小于1/10，这个比例和厚壁。

主应力作用在一个点在血管壁，由于压力负荷，显示在fig.1.12。

如果壁薄，径向应力将很小，可以忽略不计，在比较与其他压力，和纵向和周向应力和可作为恒定的壁厚。

在厚壁，严重的径向应力将显着，和周向应力会在不同的墙。

大多数的船只在化工和相关工业被列为薄壁容器。

厚壁船只用于高压力。

图1.11和图1.12

3。

容许应力

在头两节本单元方程求出正常应力和平均剪应力结构中的一个成员。

这些方程也可以用来选择大小的一个成员如果成员的力量是众所周知的。

材料的强度可界定在几个方面，取决于材料和环境中，它被使用。

一个定义是终极力量或压力。

极限强度的应力，材料会破裂时受到一个纯轴向负荷。

此属性确定从拉伸的材料。

这是一个实验室测试的准确地编写的标本，通常是在万能试验机。

负载应用缓慢和不断监测。

极限应力或强度最大负荷除以原始横截面积。

极限强度对于大多数工程材料已准确地确定和现成的。

如果一个成员是装超出其极限强度将fail-rupture。

在大多数工程结构，这样的结构不会失败。

因此，设计是基于一些低值称为容许应力或应力设计。

如果，例如，一定是已知有一个极限强度110000磅，较低的容许应力将用于设计，称55000磅。

这容许应力将使只有一半的负荷极限强度允许。

比例极限强度的应力称为安全因素：

安全系数=

我们使用的强度或容许应力和实际在材料应力。

在一个设计：

这个所谓的安全因素遮盖许多罪过。

它包括等因素的不确定性的负荷，不确定性的材料特性，和不准确的应力分析。

它可以更准确地被称为一个无知系数。

一般来说，更准确的，广泛的和昂贵的分析，降低安全系数的必要。

4强度理论

失败的一个简单的结构单元在单向应力（拉伸或压缩）很容易涉及的材料的抗拉强度，确定在一个标准拉伸，但成分在复合应力状态下（正常和剪应力）的位置并非如此简单，和几个失效理论已经被提出了。

这三个理论最常用的描述如下：

最大主应力理论：

它假定一个成员将失败的主应力达到故障值简单紧张，。

故障点的一个简单的张力为屈服点应力，或材料的抗拉强度，除以一个合适的安全系数。

最大剪应力理论：

它假定失效会发生在一个复杂的系统的压力时，最大剪应力达到价值的剪应力在失败在简单拉伸。

一个系统的综合应力，剪应力最大值有三：

（1.10）

在拉伸试验，（1.11）

最大剪应力将取决于签署的主应力以及他们的规模，并在二维应力系统，如在墙上的一个薄壁压力容器，最大剪切应力的可通过把方程1.10。

最大剪应力理论通常被称为下，或客人，理论。

最大应变能理论假设的失败将发生在一个复杂的系统的压力时的总应变单位体积能量值到达时发生故障，在简单拉伸。

最大剪应力理论已被认为是适合预测失败的韧性材料和在复杂载荷下的标准通常用于在压力容器设计。

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2单元应力和应变

1材料力学的介绍

材料力学是应用力学的一个分支，涉及行为的固体受不同类型载荷。

这是一个研究领域，是已知的各种名称，包括“材料强度”和“力学变形机构”。

本书中研究的固体包括轴，轴，梁，柱，以及结构，组件，这些组件。

通常我们研究的目的是确定应力，应变，和变形所产生的荷载；如果这些数量可以发现所有值加载到失败的负荷，然后我们将获得一个完整的图片的力学行为的主体。

理论分析和实验结果具有同等重要的作用，在材料力学的研究中。

在许多场合，我们将逻辑推导获得公式和方程预测的力学行为，但同时，我们必须认识到，这些公式不能用于实际情况中，除非材料的特性是已知的。

这些属性是提供给我们只有在合适的实验已在实验室。

此外，许多工程中的重要的问题是不能有效地处理的理论方法，并实验测量成为现实的必要性。

历史发展的材料力学是一个引人入胜的混合理论和实验，实验指出了正确结果的方式，在某些情况下，与理论这样做的人。

著名的男子伦纳德达文西（1452年至1519年）和伽利略（伽利莱）通过实验来确定强度的电线，酒吧，和梁，尽管他们没有任何适当的理论（以今天的标准）来解释他们的测试结果。

相比之下，著名数学家莱昂哈德·欧拉（1707-1783）开发的数学理论和计算的临界荷载列一列1744，长在任何存在的实验证据表明的意义，他的结果。

因此，欧拉的理论结果仍然闲置多年，虽然他们今天的基础理论。

结合的重要性，理论推导与实验确定材料的性能将明显，我们开始与我们的研究主题。

在这一节我们将开始讨论一些基本概念，如应力和应变，然后我们将调查行为的简单构件的拉伸，压缩，剪切。

2应力

应力和应变的概念可以初步解释考虑延长杆[见图1.4

（一）]。

等截面杆是一个具有恒定截面的直轴。

这说明栏是假定为装在其两端的轴向力的作用，产生一个统一的拉伸，或紧张，在酒吧。

通过人工切（截面）通过酒吧成直角轴，我们可以分离部分的酒吧作为一个自由体[图1.4（乙）]。

在右端力的应用，并在另一端有势力的代表行动的删除部分酒吧在部分仍然。

这些部队将连续的分布在横截面上，类似的条件分布的静水压力水下表面。

强度的力量，那是，每单位面积，称为应力，一般用表示希腊字母。

假定应力是均匀分布在截面[见fig.1.4（乙）]，我们可以很容易看到，其产生的是平等的强度倍的横截面积的酒吧。

此外，从平衡的身体在fig1.4（乙），我们也可以看到，这产生一定大小相等方向相反的力P。

因此，我们得到

为求解均匀应力的方程在等截面杆。

该方程表明，应力的单位除按地区——例如，牛顿每平方毫米（牛顿/平方米）或磅每平方英寸（磅）。

当杆被拉伸的力，如图所示，所产生的应力是拉应力；当施加反方向，导致杆被压缩，他们被称为压应力。

一个必要的公式（1.3）是有效的，是应力必须均匀的横截面的酒吧。

这种情况则可实现轴向力行为通过横截面的形心，可以证明了静力学。

当负载不是作用在行心，将会产生挠度，和更复杂的分析是必要的。

在本书中，但是，它是假定所有轴向力应用在横截面的形心除非特别相反的规定。

此外，除非另有说明，人们普遍认为，重物体本身是被忽视的，因为是在讨论中fig.1.4酒吧。

3株

总伸长酒吧进行轴向力将被命名为希腊字母[见fig.1.4

（一）]，和伸长的长度单位，或应变，然后确定的方程

（1.4）

我是总长度酒吧。

请注意，应变是无量纲量。

它可以精确地获得从式（1.4）只要应变是一致的整个长度酒吧。

如果是在酒吧的张力，应变拉伸应变，代表一个伸长或拉伸的材料；如果是在酒吧的压缩，应变是一个压应变，即相邻截面的杆靠近彼此。

7单元材料性能

最后的力量，任何材料在工程上的应用部分取决于其机械物理性能后已受到一个或多个不同的制造工艺。

此外，有几个特性，确定适宜的材料在其初始状态为任何特定的制造工艺。

初始强度的原始材料是重要的，因为这种力量将影响减轻它可以变形为所需形状和最后，它有能力抵御负荷期间的服务。

因素增加或减少强度的起始原料可能同样重要。

它可能是可取的，要么减少其强度足以使其形成的形状很容易与现有的机器，或者增加最终实力的制造的部件，使其更加有用。

实力是一种不精确的术语，这里可以理解为表明物质的能力，可以接受或抵制变形。

类似的论点也适用于一个更难懂的财产的任何材料，即，其延展性，是指物质的能力，接受大变形量（主要是拉伸）无骨折。

再考虑到制造过程中，大量的参数值显然是有益的。

许多心智过程是有限的，只有可用延性材料的工作，使变形量，可对材料受到限制，避免骨折。

有，但是，一些制造过程的相反的延性是有益的。

一个合适的通用术语，这个属性可能是脆性；例如，众所周知，某些脆性材料更容易比机器或剪切延性材料。

它主要是相互作用的强度等性能和延性在制造过程中，影响了生产技术。

例如，这是共同的知识，大多数金属加热时会变得柔软，容易变形。

如果变形速度太大了，然而，这将丧失，可能是太硬或太脆，快速变形将导致骨折。

发生这种影响程度为这些以某种形式依赖于材料的微观结构，所以知识的冶金金属或非金属的微观结构是必要的任何了解广泛的本书的主题，即材料的强度。

目的初步探讨在这一章，事实上，说明这些材料的特性是重要的生产期间和之后，看到他们为什么是重要的，以及它们如何影响制造过程。

这显然是要有更精确的比强度和延展性，并在这一章中的一些标准机械测试将被认为是看它是否能够定义这些概念更加准确。

当然，这样做是必要的，也有一些知识的数学塑性理论或理想物质流变学。

一旦各种性能的重要性在制造已定义和理解，则可以考虑如何这方面的知识可以用来控制过程和产品，以及这些特性都受到不同的生产工艺。

在这种方式应该更容易决定制造方法最能适应一个特定部件和材料以给它的最终形状，强度和性能要求。

因此可以理解为什么问题历来为材料的强度是非常重要的，不仅因为它关系到最后状态的材料中发现任何工程工具，而且还因为它涉及到的材料才形成到最终的形状。

例如，它可能是相关的考虑改变形状或材料制成的构件适应现有的生产技术。

这些问题在本书的范围，并妥善属于更为专业领域的设计制造、制造工程。

在最后的分析，任何成功的制造过程必须在经济上合理和高优先级始终应考虑经济因素。

制造成本是重要的开始，即从组件指定履行一定的一生，直到最后的检验，测试，和保证。

整个生产过程需要设计和生产的组成部分，特别是在以何种方式影响最终强度的材料。

有一些物理和化学特性影响的选择和处理材料制造。

一个例子是热传导物理特性会影响热流与身体的材料，而它正在变形，因此其冷却速度和淬火。

同样，一个著名的例子是一个重要的化学性能，耐腐蚀。

其重要性在最终产品是显而易见的，它很可能是重要的生产过程中，因为它可以影响表面薄膜的形成，影响润滑，或热、电传导。

9单元内部结构钢

钢材是最重要的工程和建筑材料；它占大约80%的所有金属制作。

钢已达到这种程度的突出，因为它结合强度，便于可塑性成多种形状，以及广泛的特性，随着低成本。

我们有能力生产钢广泛用于各种用途，包括从相对软带钢硬工具钢，取决于在许多情况下在合适的热处理期间或之后形成一个给定的钢。

在考虑热处理钢和其他铁合金，这将是有益的简要考虑内部结构钢。

钢件表面没有表明其内部化妆，但如果金属块破碎断裂将显示颗粒外观。

谷物通常都很小，需要放大镜显示他们的存在。

高倍骨折将显示为小，表面粗糙，不能带来的焦点；某些部分不太近和其他部分太远从显微镜。

为了检验标本的金属片，在显微镜下，它必须先准备一个平坦的表面上，然后通过研磨抛光表面的细磨料细直到无划伤镜面是获得。

薄金属膜涂在表面由于抛光作用是去除蚀刻表面与合适的试剂（例如，一个5%的硝酸溶液中酒精被称为先天性往往是用来蚀刻碳钢），从而揭示了谷物。

一个图是通过显微镜拍照，在这种情况下，一个称为金相显微镜金相显微镜。

图的几乎纯净的铁或铁素体的微观结构所揭示的适当准备和蚀刻标本。

晶界通常显示为黑色线条。

在黑暗领域的photomiacrograph所造成的差异的蚀刻深度。

每个颗粒是单晶体金属。

一个放大100倍通常是足够的，显示在纯金属；放大到50000x可能与电子显微镜。

冶金检查，然而，一个放大100倍倍是常用的。

所有固体金属的结晶性质，与钢液凝固收益的小晶体形成的钢水在冻结过程

考试的金属，然而，即使在最强大的显微镜，不能揭示原子或空间格；所有可以看到的是单个颗粒或晶体。

为了能看到晶格中原子排列的铁或钢，有必要将放大的抛光和蚀刻金属表面约35000000倍以上时，肉眼看。

因此，最小的颗粒在显微镜下观察是一个非常大的数目的原子。

虽然颗粒或晶体金属可能有外部的形状，大小不同，晶粒内部结构是基于空间晶格的金属。

所有颗粒或晶体是由原子在同一个明确的模式或结构。

这种原子的结构称为空间点阵的液晶材料。

在一个固定的温度，原子在粮食间隔一定距离彼此不能改变间距。

这是不正确的，当然，原子是一起举行这样的方式，但它是有用的图片晶体作为一个三维格子原子相连的假想线。

虽然有14种可能的space-lattice类型，有色金属冶金学家只需要知道：

（一）和

（二）体心立方，面心立方。

在体心立方体，通常简称为基底细胞癌，有一个原子在每个角落的立方体和一个立方体中心。

面心立方，缩写，有一个原子在每个角落的立方体，在每一个中心六方脸。

纯铁，以及碳钢，具有立方晶体结构，在室温下，而在高温度范围有催化裂化装置。

有一个原子重新排列在粮食时，钢或铁加热，通过一定的温度变化对催化裂化发生基底细胞癌。

这个转变中的原子称为同素异形变化。

一个常见的例子是变量发生同素异形的碳元素，其中可能存在于许多形式，包括油烟，石墨，或钻石。

温度在发生这种变化被称为相变温度。

科学的热处理钢是依赖于这一铁的变化同素异形碳溶解度每个晶体形式的铁。

单元13传热原理

几乎所有的行动所进行的化学工程师在生产或吸收的能量以热的形式。

法律的传热和类型的装置，其主要目的是控制热流是非常重要的。

性质热流量

当物体在不同温度下被带进接触热，热流量的对象在较高的温度，在较低的温度。

净流量是永远的方向的温度降低。

其中的机制可能是三：

热传导，对流和辐射。

如果一个传导温度梯度存在于一个连续的物质流，热可以无任何可见的物质运动。

热流量的这种称为传导。

在金属固体热传导的结果，从运动的自由电子，并有密切的对应关系的电导率和热导率。

固体是穷人的电导体，和大多数液体中，热传导的结果从动量输送的个别分子在温度梯度。

在气体传导发生分子的随机运动，所以热是“扩散”从炎热地区寒冷的。

最常见的例子，传导热流在不透明的固体，如在砖炉壁或金属管壁。

对流电流时的宏观粒子的流体穿过一个特定的表面，如边界的控制量，它带有一定量的焓。

这样一个流焓称为结缔组织的热流，或简单的对流。

由于对流是一种宏观现象，它可以发生只有当力作用的粒子或液流和维持其运动的摩擦阻力。

对流是密切相关的流体力学。

事实上，热力学，对流是不被视为热流通量但为焓。

热对流的识别是一个方便的问题，因为在实践中难以形成真正的单独对流传导时都是集中在一起的名义下，对流。

例子对流转让焓的湍流涡的暖流流经，从一个普通的散热器。

自然对流和强制力量用于创建流体对流电流2种类型。

如果电流是由于浮力的力量所产生的不同密度和不同密度依次所造成的温度梯度的流体质量的作用，称为自然对流。

空气流加热散热器自然对流的例子。

如果电流是在运动的行动的一个机械装置如泵或搅拌器，流量是独立的密度梯度被称为强制对流。

热流量的流体泵通过加热管是一个例子，强迫对流。

一种可能是积极的同时在相同的液体，和自然对流和强制然后一起出现。

辐射辐射是指转移能源通过空间的电磁波。

如果辐射是通过在空间中，它不转换成热或任何其他形式的能源也不会偏离其路径。

如果，然而，似乎在其路径，辐射传输，反射，或吸收。

它是只吸收能量，表现为热，而这一转变是定量。

例如，熔融石英传输几乎所有辐射罢工；抛光不透明表面会吸收大部分辐射收到并将它转换成定量的热量吸收的能量。

单和双原子气体是透明的热辐射，这是相当普遍的认为热是通过群众气体等都辐射和对流－导热。

例子是损失的热量从散热器或无滞后的蒸汽管道周围空气中的房间和传热炉等高温加热设备。

2机制是相互独立的，发生在平行，使一个类型的热流量被控制或不同的独立于其他。

对流－导热和辐射可以单独研究和各自的影响加在一起的情况下，两者都是重要的。

在一般意义上的辐射成为重要的高温度和独立的情况下的流体流动。

导热－对流型是敏感的流量条件和相对不受温度水平。

2rate传热

热流传热的计算是基于区域的加热面，表示在每小时每平方英尺（或瓦每平方米）的表面通过它的热流量。

传热率每单位面积的热通量为。

在许多类型的传热设备的传热表面是由管或管道。

热通量然后或是对地区内或外地区的管。

虽然选择是任意的，它必须是明确的，因为数值规模的热通量会不一样的。

平均温度的流体流时，液体被加热或冷却，温度会有所不同，在整个截面的流。

如果流体被加热，液体温度最高在墙的表面加热和减少对中心的流。

如果流体被冷却，温度最低的墙和增加对中心。

由于这些温度梯度在整个截面的流，这是必要的，为了明确，国家是什么意思的流的温度。

大家一致认为，温度会达到如果整个流体流流动问题的部分被撤回和混合绝热温度均匀。

温度，定义为平均或混匀流温度。