《機械熱變形理論及應用》

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更新時間: 2013-09-04

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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,並得到國家有關部門的重視,共有40餘位省部級領導、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餘位院士,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。

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1 《機械熱變形理論及應用》 -內容簡介

為了對我們的研究工作與成果進行全面系統的總結,併發揮廣泛的社會效應,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。根據多年來的研究成果,我們擬定了《機械熱變形理論及應用》體系、綱目與各章內容,並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。全書由費業泰主持撰寫及修改定稿,並撰寫第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稿等工作。

2 《機械熱變形理論及應用》 -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 精確材料熱膨脹係數研究
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 材料熱膨脹係數
3.1 概述
3.2 材料熱膨脹係數的定義
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 准諧振近似理論
3.3.3 熱膨脹現象的定性說明
3.3.4 熱膨脹現象的定量描述
3.4 材料熱膨脹係數的影響因素分析
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係數值的差別
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 材料熱膨脹係數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 材料熱膨脹係數定義不同引起的誤差分析計算
3.5.1 平均熱膨脹係數產生的誤差
3.5.2 微分熱膨脹係數產生的誤差
3.5.3 現行兩種定義的材料微分熱膨脹係數定義不同產生的誤差
3.6 材料熱膨脹係數對熱變形計算精度的影響分析
3.6.1 線膨脹係數的近似性
3.6.2 熱變形誤差模型的非線性
3.6.3 物體形狀的複雜性
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 形體熱變形係數的概念
3.7.1 熱變形係數的定義
3.7.2 熱變形係數與熱膨脹係數的關係
3.7.3 熱變形係數與邊界條件的關係
3.8 材料精確熱膨脹係數
3.8.1 傳統定義的熱膨脹係數的局限性
3.8.2 材料精確熱膨脹係數

第4章 零件形體熱變形機理
4.1 殘餘應力對零件熱變形影響分析
4.1.1 概述
4.1.2 熱處理對殘餘應力形成及分佈的影響
4.1.3 切削加工對錶層殘餘內應力形成及分佈的影響
4.1.4 殘餘應力影響金屬零件熱變形機理
4.2 零件形體熱變形分析計算
4.2.1 概述
4.2.2 迴轉體零件徑向尺寸熱變形的影響計算
4.2.3 殘餘應力對現行熱膨脹係數測量的影響計算
4.2.4 殘餘應力對熱配合的影響計算[43,48]

第5章 常見機械零件形體熱變形計算
5.1 典型形體溫度場的理論分析
5.1.1 實心主軸一維溫度場計算[10]
5.1.2 圓盤一維溫度場計算[10]
5.1.3 球體的溫度場計算[3]
5.2 主軸三維熱傳導問題的級數解
5.2.1 Bessel方程
5.2.2 主軸的熱傳導特點和數學描述[49]
5.3 圓盤類零件熱變形計算
5.4 圓環直徑熱變形分析[50]
5.4.1 圓環內徑尺寸對內徑熱變形影響
5.4.2 圓環外徑對內徑熱變形影響
5.4.3 試驗結果分析
5.5 方體類零件熱變形計算
5.6 漸開線圓柱齒輪的熱變形計算
5.6.1 漸開線齒輪的變形分析
5.6.2 齒輪輪齒的幾何熱變形計算
5.6.3 漸開線齒輪非漸開線誤差測量結果

第6章 最佳熱配合理論及應用研究
6.1 最佳熱配合研究
6.1.1 熱變形對間隙配合影響的理論分析與計算
6.1.2 熱變形對過盈配合影響的理論分析·與計算
6.2 最佳熱配合原理及應用研究
6.2.1 最佳熱配合基本原理
6.2.2 最佳熱配合補償值計算
6.3 應用舉例

第7章 多維高精度熱變形試驗裝置
7.1 概述
7.2 多維高精度熱變形試驗裝置原理及組成系統[57,58]
7.2.1 試驗裝置功能原理
7.2.2 試驗裝置組成
7.2.3 專用夾具的研製
7.2.4 熱變形測量的精度分析
7.3 典型形體熱變形測量方法
7.3.1 長度的測量
7.3.2 圓環直徑的測量

3 《機械熱變形理論及應用》 -前言

任何物體均是存在於一定的溫度環境之中的,構成物體的材料物理性能或形體在不同溫度環境下將受到一定的影響,人們常言的材料熱脹冷縮現象也已成為人皆知曉的自然現象,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律。現代科學知識告訴我們,人們可以發現自然規律並利用它來為人類服務。
  在工程技術與科技活動中,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,並取得了一定成果。由費業泰主持的學科組,在國家自然科學基金、原機械工業部技術發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。我們先後共有20餘位師生(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深入的研究,取得了具有一定新穎性和實用性的創新成果。
  機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,取得了新進展和創新成果,其主要表現在三方面:一是研究了傳統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。

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