PART I 力学基础知识
█Unit 1力系的一般平衡条件 在这一节，我们将研究为了使一个物体保持平衡，作用在其上的力和力偶所必须满足的条件。 根据牛顿第一定律，施加在一个静止物体上的力系的合力一定为零。然而，请注意这个定律对力矩或力系的转动效应只字未提。显然，合力矩也一定为零，否则物体将会转动。 这里的基本问题是，按照先前的规定，牛顿第一定律（和第二定律）只适用于非常小的物体，或者尺寸可以忽略的非零质量的质点。然而，它可以推广到下述有限尺寸的物体。
考虑一个由两个质点组成的系统，并假设1f 和2f 是由于它们之间相互作用产生的力(图.1.1)。这些力称为内力，因为它们是由于系统内部的物体之间的相互作用而产生的。假定内力服从牛顿第三定律，我们有12f f =-。假如还有质点与系统外物体相互作用产生的力施加在质点上，如1,2F F 和3F ，这些力称为外力。显然，作用在某个特定质点上的力一定有相同的作用点，因为质点的尺寸可以忽略。
如果系统内的每一个质点处于平衡，我们就可以说系统是平衡的。这种情况下，依据牛顿第一定律，作用在每个质点上的力的合力一定为零。对质点A 我们有： ∑=++=0121f F F F A
而对质点B 有：
∑032=+=F f F B 作用在系统上的力的总和为： 123120A B F F F F F F f f =+=++++=∑∑∑
现在让我们来研究这些力对于某一点P 的合力矩。参照图1.1，我们有：
12()()P A B M r F r F =?+?∑∑∑ 其中0==∑∑B A F F ；如前所述，那么合力矩也一定为零。
由于力
1f 和2f 有相同的作用线，力矩的平衡条件可以改写为：1121223()0P M r F F f f r F =?++++?=∑ 其中12f f =-；因此力和力矩的平衡条件就简化为：0321=++=∑F F F F
和 111223()()()0P M r F r F r F =?+?+?=∑
换句话说，如果系统处于平衡，那么作用在上面的外力和一定为零，并且这些外力对任一点的合力矩也一样为零。内力不需要考虑，因为它们的效应相互抵消了。
然而，我们不应该仔细关注其中的细节，对于许多外力作用下的由许多质点组成的系统，我们应该并不太难就得到上述结论，条件是内力服从牛顿第三定律。特别的这些结论也适用于有限尺寸的物体，因为这样的物体可以被认为是由大量微体或质点组成的。因此我们得到了下列一般平衡条件：
如果一个系统处于平衡，那么 0F =∑ and 0P M =∑ (1.1) 这里F ∑是作用在系统上的所有外力的总和，而P M ∑是这些外力对某个任意点的合力矩，也包括某些可能作用在系统上的力偶的矩。
方程（1.1）是平衡的必要条件；即，如果系统处于平衡，这些方程必须被满足。通常，它们不是平衡的充分条件；满足这些方程并不必然的保证系统会处于平衡。然而，这并不会带来任何困难，因为我们要处理的只涉及已知的平衡系统。对于刚体的平衡，方程（1.1）既是必要条件也是充分条件。证明他们是充分的需要应用牛顿第二定律和其它超出本课文水平的知识。
重要的是需要注意到方程（1.1）适用于任何平衡系统，而不管组成该系统的材料是什么。例如，方程适用于大量静止的流体，同样也适用于固体。它们也适用于特定条件下的运动系统，因为它们是建立在牛顿第一定律的基础上，而牛顿第一定律既适用于匀速运动的质点，也适用于静止的质点。例如，方程（1.1）适用于没有转动的匀速直线运动的物体，也适用于以通过质心的固定轴为轴线做匀速转动的物体。典型的例子有做水平匀速直线飞行的飞机和匀速转动的电动机皮带轮。然而，无论涉及哪种运动，这些问题一般都被归类为动力学教材。
当以分力的形式表示时，方程（1.1）可变形为六个标量方程；
0x F =∑ 0y F =∑ 0z F =∑ 0px M =∑ 0py M =∑ 0pz M =∑ (1.2) 这些方程可以被用来对一个系统进行受力分析，来解决关于外力和外力偶的的未知问题。由于有6个方程，我们通常可以解决含六个未知量的问题。如果通过平衡方程可以解出关于外力和外力偶的所有未知量，我们就说问题是静定的。如果不能，则称之为超静定的。
当一个问题中出现的未知量个数比平衡方程的个数多时，试着通过考虑多于一个点的转矩来获得额外的方程是很有诱惑力的。遗憾的是，这个方法并没有效果。
█阅读材料 1粱的静力分析
一个在通过其轴的横截面上承受作用力的杆被称作梁。在这一节，我们只考虑一些最简单种类的梁，如图1.2中表示的那些。在所有的例子中假设梁都有一个对称平面，该对称平面与其自身的轮廓平面平行。因此，梁的横截面有一个竖直方向的对称轴。接着，假设外加载荷作用在对称平面上，因而粱的弯曲也发生在该平面内。然后我们会考虑一种更常见的弯曲，即具有不对称横截面梁的弯曲。
图1.2（a ）所示一端为固定铰支座而另一端为滚动铰支座的梁，被称为简支梁，或简梁，简支梁主要的特征是粱的两端在其弯曲时都可以自由转动，但他们不能横向（横截面方向）移动。另外，简支梁的一端可以在轴向（水平方向）自由移动。简支梁的支座可以提供竖直方向的反作用力，无论他们是向上还是向下。
图1.2（b ）中一端固定而另一端自由的梁，被称为悬臂梁，在固定端梁不能转动也不能移动，然而在自由端梁两样都可以。图中第三个例子显示的是带有外伸端的梁，这个梁由A 点和B 点简支并带有一个自由端C 。
作用在梁上的载荷可以是集中力，如图1.2（a ）和1.2（c ）中的P1和P2，也可以是分布载荷，如图1.2（b ）中的载荷q 。分布载荷由其载荷集度来描述，载荷集度表示为：沿着梁的轴向，单位长度上单位力的大小。对于均匀分布载荷，如图1.2（b ）中所示，其强度是恒定的。另一方面，对于一个变化的载荷，其强度则是随着横梁轴向距离变化而变化函数值。
图1.2所示的梁都是静定的，因为他们所有的作用力都可以通过静力平衡方程求出。例如，就承受载荷P1的简支梁[图1.2（a ）]来说，两个反作用力都是垂直的，他们的大小也可以通过端点的合力矩方程求出；因此，我们得到：
L a L P R A )(1-=
L a P R B 1=
外伸梁[图1.2（c ）]的反作用力可以通过相同的方式得到。 对于悬臂梁[图1.2（b ）]，如图所示，外加载荷q 的作用被一个竖直方向的力RA 和一个作用在固定端的力偶MA 平衡。由竖直方向上力的总和，我们可以得出：
qb R A =
由关于点A 的力矩的总和，我们得到：
)2/(b a qb M A +=
反作用力偶MA 的作用如图所示为逆时针方向。 上诉例子说明了可以如何通过静力学计算静定梁的反作用力和力矩。确定静不定梁的反作用力和力矩需要考虑到梁的弯曲，因此，这个问题会在以后讨论。
图1.2所示的理想化支撑条件在实践中只会偶尔的遇到。例如，桥梁中的大跨度梁有时会在两端建造成固定和移动的铰支座。然而，在小跨度梁中，经常会有一些约束制约支座在水平方向的移动。在大部分条件下，这种约束对梁上的作用力影响很小，并且可以被忽略。然而，如果梁非常容易弯曲，并且两端的水平约束非常刚性，那就很有必要考虑他们的影响了。 例
求出受力如图1.3（a ）的简支梁的支反力，忽略横梁自身的重量。 解
横梁受力已经在图中给出。支反力的性质已经在旁边给出分析，反作用力中的未知分力也已清楚地在图上标明。带有位置反作用分量和所有外加载荷的梁已经在图1.3（b ）中被重新画出，以此来强调作出受力图这一步骤的重要性。在A 端可能存在两个未知反作用力分量，因为这一端是固定铰支座。B 端的反作用力只能作用在竖直方向，因为这一端是可动铰支座。所有力的作用点都被仔细的标记出来。当完成梁的受力图后，就要使用静力学方程来得出结果。
∑Fx=0，RAx=0
∑MA=0+，2000+100(10)+160(15)-Ra(20)=0，RB=+2700lb ↑
∑Mb=0+，Ray(20)+200-100(10)-160(5)=0，Ray=-101b ↓
验证：∑Fy=0↑+，-10-100-160+270=0
注意∑Fx=0用到了3个独立的静力方程中的一个，因此从静力方程中仅可以确定两个另外的反作用力分量。如果在支撑处有更多的反作用力分量或力矩存在，那就变成了静不定问题。
注意外加在C 点的集中力矩，只有在合力矩的表达式中才会出现。RB 的正号表示RB 的方向就是在图1.3（b ）中假定的方向。RAy 的情况则相反，A 点的竖直方向的反作用力是向下的。注意如果计算过程如上，那么运算工作中的验证是有效的。
█Unit 2应力和应变
1.材料力学介绍 材料力学是应用力学的一个分支，用于分析固体在受到各种不同类型载荷时的行为。这是一个凭借多种名称而被人知晓的研究领域，其中包括：“材料强度”和“变形体力学”。在本书中，所研究的固体包括受轴向载荷的杆、轴、梁、圆柱以及有这些构件装配而成的机构。通常，我们研究的目的是确定由载荷引起的应力、应变和变形；当逐步施加不同值的载荷直到破坏载荷时，如果能够测得这些物理量，我们就会得到物体的一份完整力学性能图。
在材料力学的研究中，理论分析和实验结果具有同等重要的地位。很多情况下，我们会通过逻辑推导来获得预测力学性能的公式和方程，但同时我们必须认识到，这些公式不能用于实际情况中，除非材料的某些特性是已知的。只有在实验室中做过适当的实验之后，这些特性才适合我们使用。并且，许多工程中的重要的问题不能通过理论方法充分把握，这时，实验测量就成为一种实际需要。材料力学的发展历史是理论与实验极好的结合，在一些情况下，是实验指出了获得有用结果的方法，在另一些情况下，则是理论来做这些事。例如著名的达芬奇(1452-1519)和伽利略(1564-1642)就通过实验确定了金属丝、杆和梁的强度，尽管他们并没有提出任何充足的理论（以现代的标准）来解释其实验结果。相反，著名的数学家欧拉(1707-1783)，在1744年就提出了柱体的数学理论并计算了柱体的临界载荷，远早于，任何存在过的实验数据来表明其结论的重要意义。因此，欧拉的理论结果在很多年里都未被采用，尽管，在今天看来，是它们奠定了圆柱理论的基础。 随着我们在该话题中研究的不断深入，联合理论推导与实验所确定材料性质的重要性将是显然的。在这一节，我们从讨论一些基本的概念开始，如应力和应变，然后我们将会研究受拉伸、压缩和剪切的简单构件的性能。
2.应力
应力与应变的概念可以通过研究等截面杆[见图1.4（a ）]拉伸这一基本方法阐明。等截面杆是沿其长度与轴向上具有恒定横截面的杆。这里，假设杆的两端都承受轴向力P 的作用，并且在杆上产生了均匀的拉伸或拉力。做出一个与杆轴向垂直的人工切面（截面m-m ），通过这种方法我们就能把杆的一部分作为自由体分离出来[图1.4（b ）]。在杆的右端作用着拉力P ，而在杆的另一端则存在着另一些力，它们代表了杆被移去部分所施加在留下部分上力的作用。这些力连续的分布在横截面上，类似于作用在被淹没物体表面上连续分布的静水压力。力的密度，也就是单位面积上力的大小称为应力，一般用希腊字母σ表示。假设应力均匀分布在横截面上[见图1.4（b ）]，我们立马就可以得出它的合力等于密度σ乘以杆的横截面积A 。此外，通过图1.4（b ）中所示物体的平衡，我们也可以得出：这个合力一定与力p 在大小上相等，在方向上相反。因此，我们得到：A
P =σ （1.3） 即等截面杆中的均匀应力方程。这个方程表明应力的单位是力除以面积——例如：牛每平方毫米(N/mm 2)或磅每平方英寸(psi)。如图中所示，当杆在力P 的作用下被拉伸时，所产生的应力称为拉应力；当施加反方向的力时，杆被压缩，这时所产生的应力称为压应力。
方程（1.3）有效的必要条件是，应力σ必须均匀分布在杆的横截面上。如果轴向力P 作用于横截面的形心，那就满足这个条件，（该结论）可以通过静力学验证。当载荷P 不作用在行心时，将会导致轴的弯曲，这时更复杂的分析就是必要的了。然而，在本书中，除了特殊说明的相反的情况，假定所有的轴向力都作用在横截面的形心。而且，除非另有说明，通常假设物体自身的重量可以忽略，就像我们讨论图1.4中的杆那样。
3.应变
受轴向力时，杆总的伸长量用希腊字母δ[见图1.4（a ）]表示。而单位长度的伸长，或者说应变，则可以用下面的方程确定：L δ
ε=（1.4）
这里L 是杆的总长度。注意应变ε是无量纲量。只要应变均匀分布在杆上，就可以通过方程1.4精确地获得结果。如果杆受拉，此时的应变称为拉应变，表示材料伸长或被拉伸；如果杆受压，此时的应变则为压应变，这意味着杆上相邻横截面离得更近了。
█阅读材料 2粱的剪力和弯矩
现在让我们考虑一个例子，一个倾斜的载荷P 作用于一个悬臂梁的自由端[图1.5（a ）]。假如我们在横截面m-m 处切断梁，并将梁左端分离出来作为一个自由体[图1.5（b ）]，我们发现梁被移除部分（即右端）施加在左端上的作用力必须这样，才能维持左端的平衡。在我们这个阶段的研究中，横截面m-m 上的应力分布情况是未知的。但我们能够确信的是，这些应力的作用效果必须是这样才能与载荷P 平衡。我们可以方便的把合力分解为：一个作用线通过截面形心并垂直作用在横截面上的轴力N 、一个和截面平行的剪力V 和一个作用在梁所在平面上的弯矩M 。
作用在梁横截面上的轴力、剪力和弯矩被称为应力合力。对于一个静定梁，应力合力可以根据其平衡方程来确定。因此，对于图1.5中的悬臂梁，我们可以由图中第二部分所示的受力图写出三个静力方程。由水平和垂直两个方向上的合力，我们分别可以得到：
β
cos p N = βsin p V =
由关于过截面mm 形心的轴的合力矩，我们可以得到： βsin Px M =
其中x 表示自由端到截面mm 的距离。因此，通过受力图与静力平衡方程，我们能够不难的地计算轴力，剪力和弯矩。由轴力N 单独作用在梁上所产生的应力已经在第二单元的课文中谈论过了，现在我们将要看到的是，如何计算伴随有弯矩M 和剪力V 时的应力。
当应力合力N 、V 和M 的作用方向如图1.5（b ）所示时，它们将被假设为正的。然而，这种符号约定只在我们讨论梁左边部分的平衡时有用。如果考虑粱的右边部分，我们将发现，应力合力有同样的大小但不同的方向。[见图1.5(c)]。因此，我们必须认识到，应力合力的代数符号并不取决于它在空间上的方向，比如向左还是向右。而是取决于抵制其作用的材料的有关方向。为了说明这点，N 、V 和M 的符号约定在图1.6中被再次标出，其中应力合力被画在粱的一个微元中。
我们看到一个正的轴向力被指向背离其拉伸作用面的方向，一个正的切向力关于其作用面顺时针作用，还有一个压缩粱下部的正的弯矩。 例
一个简支梁AB 承受两个载荷，一个集中力P 和一对力偶Mo ，如图1.7（a ）所示。计算梁上如下横截面中的剪力和弯矩：（a ）距离梁正中位置左侧一小段距离处，（b ）距离梁正中位置右侧一小段距离处。 解
分析此梁第一步是计算反作用力Ra 和Rb ，分别对A 端与B 端取距列出两个平衡方程，由此我们得到：
L Mo P Ra -=43 L
Mo P Rb +=4 接着，在梁正中间位置的左侧用一个横截面将梁切开，并画出其中任意一半梁的受力图。在本例中我们选取左边的一半梁来研究，相应的受力图见图1.7(b)。此受力图中出现了力P 和反作用力Ra ，以及未知的剪力V 和弯矩M ，剪力和弯矩均以其正方向标出，力偶Mo 没有出现在图中，因为梁在Mo 所作用点的左侧被切开了。由垂直方向的合力可得：
L
Mo P P Ra V --=-=4 这表示剪力为负，因此，剪力的方向与图1.7（b ）中的假设方向相反。对穿过m-m 截面的轴取力距可得：
2
842Mo PL PL RaL M -=-= 根据方程中项的相对值，我们可以看出弯矩既可能是正值，也可能是负值。
为得到梁正中位置右侧截面上应力的作用效果，我们在该截面处将梁分开，再次画出适当的受力图[图1.7(c)]。此图跟前一图的唯一区别
是，力偶Mo 此次作用在梁截面左侧这个部分。再次在竖直方向对力求和，并对通过截面形心的轴求力矩。我们得到：
L Mo P V --=4 2
8Mo PL M += 我们从这些结果分析可得：力矩Mo 的剖面在梁上左右切换时，剪切力并没有改变。但是弯矩在数值上增加了等于Mo 的量。
█Unit 3正应力和切应力
1.正应力 在这之前，我们已经得到桁架中构件上的内部载荷。不知不觉地，确定构件应力的第一步已经迈出。由构件所得的力是维持平衡的必要载荷。该力是通过穿过构件的横截面求出的，因此叫做内力或内载荷。这就是任何应力分析问题中的第一步——求取内载。第二步则是计算由该载荷产生的应力，这也是本书该部分主要研究的问题。但求出产生这个应力的内载却总是第一步，也是必不可少的一步。
考虑一个横截面积为2平方英寸的构件，它受到大约1170磅的拉伸载荷，如图1.8（a ）所示。现在，将载荷施加于构件上，问题随即出现了。这个载荷是如何分布的？我们暂且假设它是均匀分布的，如图1.8（b ）。如果载荷均匀的分布在这2平方英寸的横截面面积上，构件中的应力大小就等于载荷除以面积，或表示为：
211702.0load P Ib stress area A in
===或2585585.Ib psi in σ== 关于这个案例，有以下几个需要注意的地方：首先是应力的符号σ。它是小写希腊字母西格玛，相当于英文字母中的s 。有些教材中使用英文s ，但是σ更为常用，因此我们也将使用σ。现在习惯于使用σ将使后面的工作更方便。在结构设计中，通常使用f 表示压力。第二点是我们列出的方程：P A
σ= （1.5） 这个方程对于我们手头的问题来说非常重要，应该被学生掌握并将被反复使用。在获得方程时假定应力是均布的，也就是均匀分布。结果证明这是一个非常好的假设，在大量的案例中都近似正确。即使在假设明显不成立的情况下，设计压力也通常基于平均压力，因此公式（1.5）有着非常广泛的应用。
应力的方向也应当被注意。它垂直或正交于应力作用的表面，因此被叫做正应力。“正”表示垂直于表面的意思。除了方向和大小这两个性质，应力的第三个特性就是它分布的均匀性。既然这样，画出应力分布草图就很方便了。当不画草图时，学生应当不断地设想一个思维上的图像。图1.8（b ）所示的是该应力分布的三维示意图。但图1.8（c ）中的二维示意图则更为常用。 应力的方向也是重要的。它不能从力的矢量符号中获得，相反地，它取决于应力在物体上的作用。如果应力有拉伸物体或使其分开的趋势，就称其为拉伸。通常，引起拉伸的应力被认为是正的。如果应力是压缩或挤压物体，则称其为压缩并带有负号。
这里最后研究的方面是应力的单位。以下的这些来自方程1.5：
psi in b area force A P ====2.
1σ 在国际单位制中，力的单位是牛顿，面积的单位是平方米。因此，应力的单位是牛每平方米。这是一个国际单位制中的导出单位，称为帕斯卡，简写为Pa ： 211m N
Pa =
2.切应力
在图1.8中，物体所受的力是正交的，也就是垂直于横截面。图1.9（a ）则代表了内载荷不正交的一小段。在图1.9（b ）中，力P 这个矢量被分解为一个正交方向的分量Py 和一个切线方向的分量Px 。正交方向的分量Py 与正应力有关。因此/Py A σ=可求得平均正应力，
其结果与真实情况非常相近。切线方向的分量Px ，其作用效果将会剪切构件，如图1.10所示。平均切应力由下式计算：av Px
A τ= （1.6）
然而，这个方程与真实的应力状况有很大的不同。尽管如此，由于一些实际的原因，方程（1.6）广泛的被用于很多工程应用。下标av 表示计算所得的将是平均应力而不是真实应力。
希腊字母τ是最常使用的表示切应力的符号，虽然Ss 也不是不常用。由于它也是载荷除以面积，因此其单位也有psi 、ksi 、Pa 、MPa 等。 以公式（1.5）为代表，前面的部分指出了应力大小，方向和分布的重要性。这些对切应力也同等重要。当然，切应力的大小已经由公式（1.6）给出。其方向平行于剪切面，朝着切向方向，因此被称为切应力。应力的分布假设是均匀的，如图1.10所示。
█阅读材料 3强度理论
1.主应力
在一个承受复杂载荷系统作用的构件中，某一点的应力状态通常是由其主应力大小和方向来描述的。主应力是某一点上正应力的最大值，在正应力所作用的平面上，切应力为零。如图1.11，在二维应力系统中，任一点的主应力都通过下面的方程，与该点在x 和y 方向上的正应力σx 和σy 以及切应力τxy 产生联系： 22214)(2
1)(21xy x y x y τσσσσσσ+-±+=???主应力， （1.7） 该点的最大切应力等于两个主应力代数差的一半： ）（最大切应力，21max -2
1σστ= （1.8） 通常，规定压应力为负，拉应力为正。
2.压力容器的分类
为了达到设计和分析的目的，压力容器根据壁面厚度与容器直径的比值被进一步分为两类：比值小于1/10的为薄壁压力容器，超过这个比值的为厚壁压力容器。
由压力载荷产生的主应力作用在容器壁上的某点，如图1.12所示。如果是薄壁，径向应力σ3将会很小，与其他应力相比可以忽略不计。而纵向应力σ1和环向应力σ2可以被当做与壁厚有关的定值。在厚壁的情况下，径向应力的大小将会是明显的，并且环向应力将会沿着壁面厚度方向变化。多数用于化学和配套工业中的压力容器被归类为薄壁容器。厚壁容器主要用于高压环境下。 3.许用应力 在本单元前两节里，方程是为了计算构件中的正应力和平均切应力而推导的。在构件强度已知的情况下，这些方程也可以用于选择构件尺寸型号。一种材料的强度可以依据材料自身和其使用环境进行多种方式的定义。一种定义就是极限强度或极限应力。极限强度是指材料受到纯轴向负载作用下发生断裂时的应力。这一属性可以由材料的拉伸试验测出。这是一个对精心准备试件所做的实验室测试。测试通常在一个通用试验机上执行。负载缓慢增加并始终受到监测。极限强度或极限应力等于最大载荷除以原截面面积。大多数工程材料的极限强度已被准确测出，并且简单实用。 如果一个构件承受的负载超过其极限强度它将会失效--断裂。在大多数的工程结构中，人们希望结构不失效。因此设计中根据的是一些更小的值，它称为许用应力或设计应力。例如，如果已知某种钢的极限强度是110000psi ，一个更低的许用应力值就会被用于设计，比如55000psi 。这个许用应力大概只允许其极限应力所允许的一半。极限应力与许用应力的比值被称作安全系数。或者:A u
S S n =
我们用S 表示许用应力或强度，用σ表示材料中的实际应力，在设计中应：σ≤SA 。
这个所谓的安全系数覆盖了很多缺陷，其中包括像载荷的不确定性、材料性能的不确定性，以及应力分析的不准确性这些因素。它可以更准确的被称为忽略系数！事实上，分析得越准确、越广泛、越昂贵，安全系数的必要性就越小。
4.失效理论
在单向应力下（拉伸或压缩），一个简单结构原件的失效很容易和材料的拉伸强度关联起来，正如在标准拉伸试验中所确定的那样。但对于承受组合应力（正应力与切应力）的构件，其状态就不是那么简单的了。至今已有几种失效理论已被提出。三个最常用的理论如下所述：
最大主应力理论：假设在简单拉伸中，当主应力达到失效值σe ’时构件将会失效。简单拉伸中的失效点除以一个合适的安全系数，其值被作为屈服点应力或材料的拉伸强度。
最大剪应力理论：假设在复杂应力系统中，当最大切应力达到简单拉伸的失效切应力值时，失效就会发生。
对于一个承受组合应力的系统，存在三个切应力最大值：
22
11σστ-±=，23
22σστ-±=，21
33σστ-±= （1.10）
在拉伸试验中， 2'e
e στ= （1.11）
最大剪应力取决于主应力的方向和大小，在一个二维应力系统中，比如在薄壁压力容器的器壁上，切应力的最大值可以通过把σ3=0代入方程1.10中得到。最大切应力理论通常被称为“特瑞斯卡理论”或“盖斯特理论”。
最大应变能理论：假设在复杂应力系统中，当单位体积上总的应变能达到简单拉伸的失效应变能值时，失效就会发生。 最大剪应力理论已被发现适合预测复杂载荷下韧性材料的失效，并且也是压力容器设计中普遍被采用的准则。
█Unit 4回转壳体的薄膜应力
回转壳体是由一条直线或曲线绕轴旋转扫过所形成的形状。（回转实体是由一个面绕轴旋转形成的形状）。大多数过程容器是由回转壳体组成的，包括：圆柱形和圆锥形的筒节，半球形、椭圆形和准球形封头。见图1.13。
薄壁容器的器壁可以被看作是“薄膜”，它承受载荷而又不引起显著的弯曲或切应力，类似于气球的外壁， 分析回转壳体中由内压引起的薄膜应力，这为确定容器壳体所需的最小壁厚奠定了基础。实际需要的厚度也取决于由容器所承受其他载荷所产生的应力。
设想常见形状的回转壳体（如图1.14）承受旋转对称的载荷。换句话说，壳体上单位面积上的载荷（即压力）绕着周向是定值，但从顶部到底部未必是一样的。
设P 为压力
t 为壳体的厚度
σ1为经向应力（纵向应力），应力沿着经线作用，
σ2为周向应力（切向应力），应力沿着平行圆作用（通常叫做环向应力），
r1为经向曲率半径，
r2为周向曲率半径。
注意：容器有两个曲率；r1和r2的值是由其形状决定。
设想力作用在由a 、b 、c 、d 四点定义的微元上。那么微元上压力的法向分量（与表面成直角作用的分量
)]2/sin(2)][2/sin(2[21θθd r d r p = 该力被器壁上薄膜应力所关联力（力F=薄膜应力σ×作用面积A 可得）的法向分量抵消
)2/sin(2)2/sin(2121212θσθσd tdS d tdS += 列以上两力的方程式并化简，注意到s dS d 2/2/lim →θ和θθd d →lim ，可得：
t P r r =+22
11σσ （1.12）
经向应力σ1的表达式可通过研究作用在任一圆环（即平行圆）上力的平衡获得，如图1.14。压力的竖直分量22)sin (θπr p =
该力与作用在器壁圆周上经向应力所产生力的竖直分量平衡θθπσsin )sin (221r t = 列以上这些力的方程式可得：t pr 22
1=σ （1.13）
公式（1.12）和（1.13）完全适用于任何回转壳体。
柱体（图1.15a ）圆柱是由平行于回转轴的线旋转扫过而成。∞=1r ，2/2D r =，其中D 是圆柱的直径。带入公式（1.12）（1.13）得：
t pD 21=
σ t pD 42=σ 球体（图1.15b ）2/21D r r ==因此：
t pD 421=
=σσ 锥体（图1.15c ）锥体是由与轴成α角的直线旋转扫过而成。∞=1r ，αcos /2r r =，带入公式（1.12）和（1.13）得：
ασcos 2t pr =
ασc o s 21t pr =
最大值将发生在r=D2/2。 █阅读材料 4内压圆筒中的应力
在承受压力的薄壁圆筒中，计算应力的古典公式是由图1.16中得出的。由垂直于面ABCD 的合力可得：
Lt r PL θσ22=?或t Pr =θσ（1.17） 其中：P 为压力，L 为圆柱长度，σθ为环向应力，r 为半径，t 为厚度。
应变εθ定义为初始长度初始长度
最终长度-=θε由图1.17rr rr W r πππεθ22)(2-+=或r W =θε(1.18)同样dr dW
r =ε(1.19)
将该量带入方程1.18，可得到承受内压圆柱壳体的径向挠度。因此，对于薄壁圆筒Et
W 2
Pr =(1.20)
其中：w 为径向挠度，E 为弹性模量。 当r/t>10时，方程（1.17）和（1.20）可以得到准确的结果。然而，随着r/t 降低，就需要一个更为准确的表达式，因为沿着壁厚应力分布并不均匀。人们开始追索Lame 首先发展的“厚壳”理论。其导出方程是根据图1.18所示的力和应力得到的。该理论假设由于对称所有的切应力都为零，并且在压力施加前垂直于纵向轴的平面在加压后仍为平面。换句话说，ε1在任何截面都为常量。
σθ和σr 间的关系可通过作微环的受力图得到，如图1.18b 所示。对竖直方向上的力求合并忽略高阶项，我们可得：
dr d r r σσσθ=-(1.21) 另一个关系式被写为：)]()1([)21)(1()]
()1([)21)(1()]()1([)21)(1(1111εεεεεεεσεεεσθθθ
θμμμμμμμμμμμμr r r r E E E ++--+=++--+=++--+=(1.22) 把方程1.18和1.19带入式1.22的前两个表达式，并将结果代入方程1.21得到：01222=-+r r d
dr d r d ωωω，该方程的一个解是r B Ar +
=ω(1.23)
其中A 和B 是积分常量，可通过将式1.23带入式1.22的第一个表达式求出，然后运用边界条件：在r=ri 处有σr =-Pi ，在r=ro 处有σr =-Po 。
表达式1.23就变为：)])(1())(21([)(1222222221P P r r r P r P r r r i i i i i Er r οοοοομμμωμε-++----+
-= (1.24)
一旦得到w ，σθ的值就由式1.18、1.19和1.22所确定，厚圆筒的表达式为：r r r r r p p r p r p r r r r r p p r p r p i
i i i
i r i i i i i 22222222222222))(())((--+--=--+-=οοοοοοοοοοθσσ
其中σr 为径向应力，σθ为环向应力，Pi 为内压，Po 为外压，ri 为外径，ro 为内径，r 为任一点半径。 厚圆筒中的纵向应力可以通过把式1.18、1.19和1.24代入方程1.22的最后一个表达式来获得：r r r p r p i
i i E 2
22211
)(2--+=οοομεσ 这个方程表明，σ1在整个横截面内是定值，因为ε1是定值且r 没有出现在（上式的）第二项中。因此，σ1的表达式可由静力学得出：r r r p r p i i i 22221--=οοοσ（1.26）。σ1已知，柱体的挠度方程1.24可以表示为：)()1()()21)((2222222r r r r p p r p r p r i
o o i o i o o i i Er -+-+--=μμω（1.27） █Unit 5机械振动
机械振动是一个质点或物体关于一个平衡位置周期反复的振荡运动。一个工程师经常会面临机械振动的问题，因为某种程度上，他们会在几乎所有种类的机器和结构中遇到它。在机器和结构中大多数的振动是不需要的，因为振动会产生附加应力或交变应力，引起额外的磨损，增大轴承载荷，导致疲劳破坏，使飞机、船、火车及汽车上的乘客产生严重的不舒服感，并且会吸收本可以在其他地方做有用功的能量。1940年Tacoma Narrows 大桥的倒塌就是一个由于振动引起附加应力而使结构失效的例子。精密仪表、工具和机械的精度可能会受到附加振动的损坏。旋转机件需要仔细的平衡，以防止来自振动的破坏。当飞机的部分螺旋桨在飞行过程中断裂或分离时，螺旋桨就将不再对称，发动机产生的振动可能会将发动机从飞机上撕裂下来，除非振动可以被及时停止。汽车中由发动机或崎岖不平道路上行驶所产生的振动会在某一部位产生交变应力，它最终会导致构件的疲劳失效。 振动有时候也被用来产生有益的效果。比如，振动被用来压紧模具中的混凝土，也被用在打谷机中将谷粒从谷壳里分离出来。在安装传统发动机的飞机上正常运行的仪器，当被用于滑翔机或喷气机时，因为缺乏振动，它们可能会趋于粘滞。这种情况下，有时一个振动器就会被安装在仪表板上。
被一个弹簧系统、一个膜片、一根梁或其他弹性系统支撑的一个质点或物体，当它被施加并突然卸去的附加力干扰而偏离其平衡位置时，质点或物体就将发生振动。一些常见的例子有：（1）图1.19（a ）中，当螺旋弹簧上的物体A 从其平衡位置被垂直拉离并释放后，物体A 在竖直方向上的振动运动。（2）图1.19（b ）中，在忽略重力的弹性跳板（悬臂梁）上，当物体B 从其平衡位置被移动并释放后，物体B 在竖直方向上的振动。还有（3）图1.19（c ）中，在可忽略重力的摆线的维持下，竖直面内来回摆动的摆球C 的运动。
在图1.20（a ）中，物体W 通过弹簧被挂在一个支撑上，并处于其平衡位置。如果通过力F 的作用，将物体从其平衡位置拉离并释放，在缺少任何摩擦力的情况下，物体W 将关于其平衡位置无限振荡。图1.20（b ）是物体W 偏离平衡位置的位移y 关于作用时间的图像，机械振动一个基本性质就是，运动是以一个明确的时间间隔不断重复自身。振动的周期T 是运动开始重复自身前经过的最小时间间隔。完成一个周期的运动是一个循环。振动的频率f 是在给定的单位时间内完成循环的个数；常用的单位是循环次数每秒（cps ）或赫兹（Hz ）。需要注意的是频率是周期的倒数，用公式表示为：1
f T =
振动的振幅A ，是物体偏离其平衡位置的最大位移，不论是直线振动还是成角度的摆动。
机械振动的维持靠的是弹力，有时也是重力，这样的振动被称为自由振动。一旦开始，自由振动（通常被称为固有振动）将以其固有频率持续振动。受迫振动是由系统外周期施加的力引起并保持的，它按照所施加力的频率发生。如果系统接近无摩擦并含有无损耗原件，那么当所施加力的频率接近系统的固有频率时，受迫振荡的振幅将会变得很大。因此，尽管受迫振动的频率不依赖于弹性系统的固有频率，但其所产生的振幅却受到两个频率的影响。振动也可以被分为阻尼振动和无阻尼振动。当摩擦、空气阻力、粘性阻尼和所有其他阻力都可以忽略时的振动就是无阻尼的。当这些因素中的任意项是明显的时，物体就发生阻尼振动。在实际中总是存在着摩擦阻力，尽管出于各种目的它们可能被忽略，但摩擦阻尼最终将会使自由振动停止。
如果一个质点或物体的运动被约束，那么它的位置就可以通过一个坐标完全确定，我们称它具有单自由度。如果一个系统可在两个方向
上振动，或者这个系统是由，两个可在同一方向各自独立振动的物体组成时，我们就说它具有二自由度，因为在任一时刻，质点的位置都需要两个坐标来确定。例如，一个通过弹簧支撑的，由单质点组成得系统，如图1.21（a）所示，其振动只能发生在竖直方向上，它具有单自由度。一个由双质点组成，可沿竖直方向振动的系统，其支撑如图1.21（b）所示，它有两个自由度，因为在任一时刻，确定质点的位置都需要两个坐标。一个通过四个弹簧支撑的，由单质点组成的系统，被约束在一个竖直平面内运动，如图1.21（c）所示。它有两个自由度，因为在任一时刻，确定质点在竖直面内的位置都需要两个坐标。通常，一个刚性物体有六个自由度，因为它可能沿着三个坐标方向移动，并可能绕着三个坐标轴转动。
█阅读材料5旋转物体的静态与动态平衡
使圆盘在两平行的刃形支撑间绕其轴旋转，通过这种方法我们可以检测单个圆盘的失衡，如图1.22所示。该圆盘将旋转并最终停止，并且较重的一边停在底部。这类失衡称为静态不平衡，因为它可以通过静态的方法来检测。
通常，转子的质量是沿着轴向分布的，例如电动转子或汽车发动机的曲轴。测试与上诉某个例子相似的构件将表明，该构件是处于静态平衡的，但当其旋转时，系统就可能会表现出明显的失衡。
举例说明，考虑一个带有两个圆盘的轴，如图1.23所示。如果两失衡重量相等并隔开180度，系统关于该轴的轴向将会是静态平衡的。然而，当该系统旋转时，每个失衡的圆盘都会引起一个旋转离心力，它具有使轴在轴承上摆动的趋势。由于这类失衡只在旋转中产生，我们将它归为动态失衡。
图1.24表示的是一个常见案例，该系统既是静态失衡也是动态失衡。现在，由图可知，在任意两个平行于圆盘旋转面的平面内，通过增加两个修正量，不平衡的力P和Q总是可以被去除。
考虑第一个不平衡力P，它可以被两个平行的力Pa/l和Pb/l代替。用相似的方式，力Q可以被两个平行的力Qc/l和Qb/l代替。每个面上的两个力接着又可被合成为一个合力，该合力可由一个单一修正量所平衡，如图。引入两平行平面内的两个修正量C1和C2与力P和Q 完全平衡，这时的系统既是静态平衡也是动态平衡。需要进一步强调的是，一个动态平衡的系统也是静态平衡的。可是，相反的并不总是正确的，一个静态平衡的系统也可能是动态失衡的。
例一个4英寸长的转子，在距离左端1英寸的一个平面上具有3盎司?英寸的不平衡力。在转子的中心平面上具有2盎司?英寸的不平衡力，从左端看去，该力的方向与第一个不平衡力的方向顺时针成90度角。确定两端面上的修正量，给出大小与方向。
解3盎司?英寸的失衡被等效为左端的2.25盎司?英寸和右端的0.75盎司?英寸，如图1.25所示。中间的2盎司?英寸，显然被等分为1盎司?英寸于两端。
联合左右两端的两个不平衡方程，其修正量是：
左端：需要去除
47
.2
25
.2
12
2
1
=
+
=
C
盎司?英寸。方向是由第一个不平衡力P顺时针方向旋转
24
25
.2
1
tan1
1
=
=-
θ
右端：需要去除
()25
.1
1
4
/
32
2
2
=
+
=
C
盎司?英寸。方向是由第一个不平衡力P顺时针方向旋转
53
75
.0
1
tan1
2
=
=-
θ
PART II 金属材料
█Unit 6金属
大约有四分之三的现有元素可以被归类为金属，而其中大约一半的元素都至少在工业或商业上很重要。尽管严格定义的金属一词限于纯的金属元素，普遍的用法则赋予了它更广泛的范围，包括金属合金。尽管纯金属元素有广泛的特性，他们在商业中的应用也很局限。由两种或更多元素组成的金属合金有着更多的用途，正是由于这种形式上的原因，很多金属被用于工业。
金属材料是晶状固体。单个晶体是由单元晶胞按有规则的模式重复组成的三维晶格结构。一块金属是上千连锁晶体（颗粒）的集合体，这些晶粒沉浸在从晶体原子中脱离出来的负价电子云中。这些自由电子将晶体结构围拢在一起，因为它们对带正电的金属原子（离子）具有静电引力。由于金属结晶结构的致密本性而产生的很大接合力，是导致（金属）一般都具有良好机械性质的原因。同样，电子云使大多数的金属具有很好的导电性和导热性。
金属通常根据其用于使用形状的生产方法（成型方法）来分类。当一种金属以固体形式、塑性状态成型时，它被归为锻造金属。通过将液态金属倒入模型而成型的金属被归为铸造金属。
金属材料有两个类别：含铁的和不含铁的。所有黑色金属的基本成分都是铁元素。这些黑色金属的范围从含铁90%以上的铸铁和碳钢到包含各种其他元素（总计达到总成分几乎一半的）特种铁合金。
除了商业纯铁，所有的黑色金属，包括铁和钢，都被认为是主要的铁碳合金系统。虽然碳含量很少（钢材中少于1％，铸铁中不超过4％）而且通常低于其他合金元素，它仍然是发展和控制机械性能的主要因素。
就定义而言，不将铁作为主要成分的金属材料被称为有色金属。大约十几种有色金属有相对广泛的工业用途。这个名单中排在第一位的是铝，在今天广泛应用的结构金属中，它仅次于钢铁。铝、镁、钛和铍通常被归为轻金属，因为它们的密度比钢铁小很多。
就消耗量而言，铜合金是排在第二位的有色金属。铜合金有两个主要的类别：黄铜主要是铜与锌的二元合金系统；青铜起初是铜-锡合金系统，现在的青铜也包括其他铜-合金系统。
锌、锡、铅和锑的熔点低于800F（427C），它们通常被归为低熔点合金。锌的主要的结构用途是拉模铸造，在总消耗量中仅次于铝和铜排名第三。铅和锡在应用中相当局限，只在适合其低熔点和需要其他特性的场合中有应用。
有色合金中另一个广泛的类别被归为难熔金属。这些金属有钨、钼和铬。它们的熔点在3000F（1649C）以上，被用于必须承受经常性高温的产品中。
最后，贵金属，有着共有的高价格属性。此外，他们通常具有较高的耐腐蚀性、许多有用的物理特性和较高的密度。
Reading Material不锈钢
不锈钢不像多数其他钢一样在大气中会生锈。术语“不锈钢”意味着在空气、潮湿和污染等环境下，对污点，生锈和凹陷的抵抗能力。不锈钢通常规定铬含量多于11％但少于30％。事实上，材料是“钢”意味着其基础是铁。
不锈钢室温屈服强度的范围从205MPa（30kis）到超过1725MPa（250ksi）。操作温度大约达到750C（1400F）。在其他极限温度下，一些不锈钢能保持其韧性，下至温度接近绝对零度。
由于在某一类别中明确具体的限制，不锈钢可以使用传统的方法成型与制造。它们可以在铸态条件下生产与使用，碳素钢板可以通过电力冶金技术生产，铸锭可以扎制或锻造（目前为止铸锭占了最大的吨数）。轧制产品可以拉拔，弯曲，挤压，或旋压。不锈钢可以通过机器进一步成型，并且可以通过锡焊，铜焊，熔焊连接。它可以用于为对普通碳钢或低合金钢积分包围。
通用术语“不锈钢”涵盖了大量的标准组成成分，以及各种轴承公司的贸易名称和为特殊应用制造的特种合金。不锈钢的组成成分很多，从基本的铁加上11％铬这一相当简单的合金，到包括30％铬、足量镍，以及6个其他有效元素的复杂合金。在高铬、高镍范围的尽头，合金就并入了其他的耐热合金类，一个要一个任意的分界点。然而，如果合金含量太高，铁含量大约为一半左右时，该合金就脱离了不锈钢家族。尽管带有这些强加的限制，不锈钢的范围仍然是很大的，自然，自然的属性影响制造和使用有很大不同。简单地分为不锈钢一类，这显然是不够的。
分类机构的分类是根据不锈钢的化学成分和其他结构。但是，所有不锈钢，只要他们符合规格，可方便地分为6个不同类型结构的主要类别。这些类是铁素体，马氏体，奥式体，锰代奥式体，奥氏体—铁素体和沉淀硬化体。每一类简短的描述如下。（1）铁素体不锈钢：此类不锈钢如此命名的原因是，在室温下，铁素体不锈钢的晶体结构与同条件下的铁是一样的。此类合金由室温到其居里温度（约750C；1400F）都具有磁性。铁素体一类中的普通合金含有11％至29％的铬，无镍，以及锻造条件造成的非常少的碳。（2）马氏体不锈钢：这一类的不锈钢必然地包含超过11％的铬，有这样一个大的淬透性的使它在空气冷却变硬，也不需要多的油淬要求。淬火状态的马氏体不锈钢其硬度取决于它的含碳量。然而，马氏体通过淬火与回火提升的性能，不可避免会出现腐蚀的易感性的增加。（3）锰代铬奥氏体不锈钢：相似和传统奥氏体不锈钢有一个组成，其中包含提供足够耐腐蚀的铬和镍，确保在室温下紧缩。基本真实的组成是熟悉的18％的铬，镍合金8％。双方铬和镍含量可提高可改善耐腐蚀性，和（最常见的钼）添加可以到进一步提高耐腐蚀性。（4）锰代铬奥氏体不锈钢：在奥氏体的结构可以通过其他的元素，镍，锰和氮生成的类，我们认为有足够的不同，在其属性是从铬镍分离真正替代的描述。最重要的区别在于锰取代合金高强度。（5）奥氏体—铁素体双相不锈钢：这些钢的结构是一个紧缩的铁素体和混合结构和力学性能同样结合每个组件的钢种质量。双相钢抗腐蚀和机械性能的理想结合，其用途是作为增加锻造和铸造的形式。（6）沉淀硬化型不锈钢：此不锈钢设计可以使他们的组成是经得起沉淀硬化。在其他类的两个类削减，给我们马氏体和奥氏体的沉淀硬化不锈钢。在这个类，我们找到最有用的实力以及有益的工作温度最高的不锈钢。
属性不锈钢的选择有3种的属性，必须考虑：（1）物理性能：密度，导热系数，电阻率，等等;（2）机械特性：强度，塑性，硬度，抗蠕变，疲劳等;（3）耐腐蚀特性。请注意，不锈钢性能大幅化学成分和显微组织的影响。因此，规范包括化学成分，或者更正确，一个最重要的因素分析（痕迹也可能存在未报告的内容）以及热处理，提供了最佳的结构。
应用由于不锈钢餐具首次在工业中，用的人数剧增。对平面和长的不锈钢产品，如表1所示的应用的主要领域的相对重要性。化工，电力工程是在长期和平板产品的最大市场。它始于1920年左右与硝酸行业。今天，它包括了服务条件极为多样化，包括核反应容器，换热器，石油行业的管道，用于化学加工和纸浆和造纸工业，炉零件组件的范围，并在化石燃料的发电厂使用的锅炉。表1 应用百分比应用百分比
工业设备34 建筑
化工和电力工程18 消费品
食品和饮料家具
运输小电器和电力应用
Unit 7材料特性
用于工程构件的任何一种材料的最终强度，取决于它经历了一种或多种不同加工过程之后的机械与物理性质。也有许多特性决定材料的初始状态适合一些特定的加工工艺。原始材料的初始强度很重要，因为该强度会影响，了材料最终被加工的形状以及最后所能承受的截面能力。增加或降低初始材料强度的因素也很重要。它可用于减小材料的强度并如许现有机器下将材料加工成一定形状。或者作为选择去提高材料最终的强度来得到更高的服务强度。强度是一个不明确的词汇，在这被理解为指示出材料接受或抵抗变形的能力。
一个类似的问题也适用于另一个甚至更难以捉摸的材料性质，即材料的韧性。它通常被理解为指的是材料承受大变形（主要是拉伸变形）而不发生断裂的能力。在考虑加工工艺，这个参量的大部分值很明显是很有用的。金属加工工艺只受到实际工作材料的韧性影响而受到限制，所以，强加到材料上的大量变形必须被限制为了防止材料断裂。然而一些与韧性相反的加工工艺却是有利的。一个适合的一般性的词汇来解释脆性可能就是脆性了；例如，众所周知某些脆性材料比韧性材料容易加工或剪切。
主要是制造过程中各种材料性质的相互关系，例如强度与韧性等，影响着生产工艺。例如，一个很普通的常识大多数金属当受热时将会变软和更容易变形。如果变形的速度太快，然而，这种优势会消失，材料会变的更硬更脆，过快的变形会导致断裂。这些效果的事件和重要性在某重程度上取决于材料的微观结构，所以金属冶金学的知识或者相应的非金属微观结构对于理解这本书的许多学科是十分必要的，又叫做材料的强度。这章开始讨论的目的，实际上，是为了指出这些材料的性质在加工过程中和加工过程之后都重要，为了了解它们为什么这么重要，它们怎么样影响加工工艺的。很明显我们必须要有比强度、韧性更精确的词汇，在这章考虑了一些标准机械测试是为了了解是否有必要定义一些更精确的概念。当然，为了了解它很有必要掌握塑性数学理论或理想介质的流变学理论。
一旦加工中的各种重要特性被人们明确并理解，接下来我们很可能会考虑，这个知识将会如何被用于控制加工过程与产品质量，以及这些性质是如何为不同的生产过程所影响。用这种方法，决定最能够适合某给定元件和材料的加工方法应该是更容易的，同样的，该方法也适用于给出（该元件或材料）最后的形状、强度以及所需的特性。因此我们可以理解为什么这一名为材料力学的传统学科是如此重要。它不仅和任何工程制品中材料的最终条件有关，也和最终成型前的材料有关。
例如，它可能关系到，考虑改变一个被加工构件的形状或材料，来适应可实现的生产技术。这样的问题超出了这本书的范围，它们完全属于制造设计或制造工程中更专业的领域。在最后的分析中，任何成功的加工工艺过程都必须听上去经济，并且经济因素始终应该被高度优先考虑。制造的成本从一开始就很重要，即由指定一个构件在一定寿命期间满足一定功能开始，直至最后的检验、试验和保用。整个制造过程需要，构件的设计和生产，尤其是它们影响材料最终强度的方式。
在制造过程中，有几种物理和化学性质影响着材料的选择与处理。一个物理性质的例子是，导热性将会影响材料成型时内部的热量流动，并进而影响冷却硬化的速率。相似的，一个众所周知的重要化学性质的例子是抗腐蚀性，很明显，它在最终产品上很重要，并且在制造过程中，它也将会很重要，因为它有时会影响表面薄膜的形成，该薄膜会影响润滑、导热和导电的能力。
Reading Material标准机械测试
总结之前的讨论，了解材料的强度非常重要，这既是为了材料最终的用途，也是为了确定材料成型所需的力。由于对每个被设计与制造完毕的项目进行测试都是不切实际的，几种简单通用的测试被用于测量最终产品原材料在加工前，加工中和加工后的机械性能。
(1)拉伸试验
最简单和最被广泛接受的拉伸试验需要一个带有扩大末端的圆柱（或扁平）杆。拉伸试件受到沿其轴向稳定增加的拉力，根据适当的标准，标距的伸长被准确的测量在载荷-伸长量曲线上。通常需要的结果是最大拉应力，屈服应力，断裂延伸率和断裂截面收缩率。此外，杨式弹性模量或杨氏模量也可能被测量。
(2)压缩试验
对于金属的成型计算，知道比拉伸可得应变更高应变下的屈服应力很重要。带有扁平端摩擦阻力适当修正的短圆柱轴向压缩也许会被使用。但是一种更精确的结果是通过一个润滑条板的压缩横断面应变获得的。
(3)硬度试验
拉压试验对试件具有破坏性，但在不破坏的前提下，对原材料与已加工构件的强度特性进行检查通常是很重要的。为了达到这个目的，
有以下几种，只在试件表面产生一个小凹陷的硬度测试方法。
在英国，最古老与最被人熟知的硬度测试是布氏硬度测试与韦氏硬度测试。布氏硬度测试中，一个标准球（通常直径10毫米）在指定的载荷（典型的是3000 kgf=29.42 KN或6615 lbf）下被压在被测金属上。布氏硬度值（BHN或HB）被定义为，载荷（以kgf为单位）除以凹陷的真实球面面积（以mm2为单位）。同样的，韦氏硬度值（VHN或HV）被定义为载荷（以kgf为单位）除以凹面的角锥面面积（仍然以mm2为单位）。
在美国洛氏硬度测试最受欢迎。该测试中，载荷仍施加的时侯凹陷深度就已被测出，而不使用撤去载荷后的尺寸。洛氏硬度值被写为HR。
（4）疲劳试验
有一个重要现象被称为疲劳。人们很多年前就认识到，静态拉伸与压缩试验对于预测承受震动与反复负载构件的强度并不充分。这些构件会在很低的应力等级下失效。根据古德曼的理论，有一个一般的关系表明这些通常有联系，那就是显示允许振荡应力水平对某一平均应力。疲劳试验需要考虑时间，因为在最终的施加应力S与破坏循环次数N的图表上，每个点的确定都需要一个新的试件，并且N通常在106与108之间。对于许多非铁合金来说，S-N曲线是稳定下降的。但对钢来说，在大约106到107次循环后，通常会有一段曲线恢复水平。如果应力没有超过这个持久极限，时间将会无限的持续下去而不破坏。
另一个很重要失效现象是高拉低周疲劳，它是材料中完全不同的潜在危险，就像动物骨头和航天部件一样。
（5）冲击试验
另一个重要课题是相对易碎材料的行为，例如铸铁。这种材料可能会在单一的冲击下失效。因为避免这种失效可能非常重要，冲击试验被设计为一个带缺口的试件承受沉重摆锤的冲击。吸收的能量由摆锤下落-穿过的高度衡量。
（6）高温试验
在高温下，材料的塑性变形受扩散过程控制。对于金属来说，当温度高于大约2/3的绝对熔点温度Tm时，该过程就变得明显。在高温下，拉伸、压缩和硬度测试都需要重新被执行。
（7）蠕变试验
金属和合金的一个重要特点热拉伸变形在足够高的温度，延长将继续在一个非常缓慢的速度在非常低负荷，这种现象称为蠕变，在气体涡轮机和许多高温部分中非常重要，蠕变实验进行了很长一段时间，通常要1000到10000小时。
因为蠕变实验需要很长的时间，一种更短时间的方法通常被使用，就是仅仅近似测量应变期间所作的试验，主要的目的是决定时间破裂在某一特定温度和应力。这些应力测试还可以进一步加快测试一连串的标本长期炉. 标本都受到同样的目的，但不同的负载温度。（当然，必须要精确测量。）
（8）断裂韧性
在最近几年有更多的关注被放在断裂韧性的材料方面，这是有裂缝易断裂的，一旦开始宣传. 认为这个过程是一个简单的开放的裂缝变形释放能量碎屑，但还需要供应表面能量的两个新成立的地区表面裂纹。然则，在脆性材料放应变能U满足这一点，裂纹将扩大。
（9）塑料各向异性
要认识到在金属板料成形尤其重要的是薄板的性质可能大不相同滚动和横向方向，以及“通过厚度”的方向. 这项功能可以衡量现在的以及知道的所谓β值，这是比横向的纵向应变的拉伸广泛的试验，使用单位Hosford和Csddel的技术革新所描述。体积始终约保持在塑性变形，所以应变的厚度也取决于γ值。
█Unit 8制造工程工艺流程
1.制造工艺流程分类
下表展示了制造工程工艺流程中关于材料成型的分类，注意表中只提到了典型的例子。
工艺流程种类材料状态基本工艺流程
的分类
基本工艺流程中
的主要方式
工艺流程举例
质量守恒的过程
固态机加工塑性变形锻造，滚压颗粒态机加工流动与塑性变形粉末压制液态机加工流动铸造
质量减少的过程固态机加工韧性断裂，脆性断裂车，铣，钻
热能熔化，蒸发电火花加工，切削化学溶解，燃烧电化学加工，切削
连接过程原子键
固态机加工塑性摩擦焊液态（接头附近）机加工流动焊接（融合）粘附固态（液态填充材料）机加工流动铜焊
2.制造工艺流程举例
锻造锻造的特征可以描述如下：质量守恒；工作金属（材料）为固态；机加工基本工艺流程中的主要方式是——塑性变形。各种广泛的锻造过程都被人们使用，最常见的锻造类型是冲压。金属被加热到一个合适的工作温度并被放入下模膛中，然后上模被压下从而材料被强迫填充到型腔中。多余的材料被挤出，在两模接合面的边缘形成毛刺，它将在稍后的修剪过程中被去除。当术语“锻造”被使用时，通常来说，这意味着热锻。在锻造过程种材料的损失通常相当的少。
通常锻件需要一些后续加工，因为锻造所得公差与表面质量通常不满足成品要求。锻造机器包含落锤和带有机器或液压驱动的锻压机。滚压滚压的特征可以描述如下：质量守恒；工作金属（材料）为固态；机加工基本工艺流程中的主要方式是——塑性变形。滚压广泛被用于盘、薄板、结构梁等等的加工。一个通过铸造生产的铸锭在稍后几个阶段的滚压中通常都是热的，其厚度在滚压加工中有所降低。由于被加工材料的宽度保持不变，其长度必然根据宽度的减少而增加。在末尾一道热轧之后，还要进行最后一道工序来提高表面质量和公差，并增加强度。在滚压中，滚子的轮廓是为了生产所需的几何形状而设计的。
粉末压制粉末压制的特征可以描述如下：质量守恒；工作材料为颗粒态；机械加工基本工艺流程中的主要方式是——流动与塑性变形。本文中只提到了金属粉末的压制，但通常型砂的压制、陶瓷材料的压制等等也属于这个范畴。
在金属粉末的压制中，型腔被填入一定体积的粉末，然后在压力下被压紧，典型的压力大约是500N/mm2。在压制阶段，颗粒被挤在一起并发生塑性变形。压制后典型的密度是其固态材料的80%。因为塑性变形，颗粒被“焊”在一起，这赋予了构件足够的强度去承受操作。在压制之后，构件通常在其材料熔点的70%~80%被热处理——烧结。用于烧结的空气必须被控制以防止氧化。烧结过程持续的时间是30分钟到2小时不等。烧结后构件的强度取决于构件的材料与烧结过程的参数，它能够达到非常接近相应固体材料强度的程度。
闭合状态下的型腔与所要求的几何形状是相适应的。压制的机器包含机械加压和液压加压。其生产率在每分钟6到100不等。
█阅读材料8制造工艺流程举例（续）
铸造铸造的特征可以描述如下：质量守恒；材料为液态；机加工基本工艺流程中的主要方式是——型腔填充。铸造是最古老的一种制造方法，也是最被人了解的制造过程之一。材料被熔化并倒入与设计几何形状一致的型腔。液态材料采取了型腔的形状，然后通过材料的凝固作用，该几何形状最终被固定。
一个铸造工艺工程的阶段或步骤是：制造合适的模具，熔化材料，将材料填充或导入型腔，接着凝固。根据不同模具材料，可以获得不同的特性与尺寸精度。铸造工艺过程中使用到的设备包括：熔炉，模具制造机器和铸造机器。
车削车削的特征可以描述如下：质量减少；工作金属为固态；机加工基本工艺流程中的主要方式是——断裂。车削工艺过程，是最著名、使用最广泛的质量减少的工艺过程过程，它通过切削工具，以切屑的形式从被加工材料上去除材料，用于加工所有类型的圆柱状外形。加工材料不停旋转，同时切削工具纵向进给。切削刀具比被加工材料更加坚硬且耐磨损。各个种类的车床被人们使用，其中有些还是自动操作的。车床通常由电动马达驱动，通过各种齿轮，提供必要的扭矩给被加工材料，并为刀具提供进给动作。
基于相同的金属切削原理，各种广泛的机加工操作与过程都是适用的，其中最常见的还有通过各种机加工工具进行的铣削和钻孔。通过改变刀具的形状和工件-刀具间的相对动作模式，许多不同的形状都可以被生产出来。
电火花加工电火花加工（EDM）的特征可以描述如下：质量减少；工作材料为固态；热加工基本流程中的主要方式是——融化与蒸发。在电火花加工中，材料通过工件与工具（电极）间大量小电火花的侵蚀作用而被去除，后者（电极）具有与要求几何形状相反的形状。每个电火花都发生在，当工件与工具（电极）间潜在的电位差足够大，能够引起液体介质中的分解时。电弧在压力的作用下被送入工具与工件的间隙中，生成一个传导电弧的通道。液体介质通常是带有镁的矿物油或煤油，它作为绝缘液体与冷却剂被提供，对于电流能提供一个均匀的电阻，并带走被腐蚀的材料。电火花以每分钟上千次的频率产生，通常出现在工件与工具间缝隙最小的那一点。它用如此多的热量使一小部分材料蒸发并分散在液体中。工件表面的特性表现为，由大量的小电弧坑组成。
电化学加工电化学加工（ECM）的特征可以描述如下：质量减少；工作材料为固态；化学加工基本流程的主要方式是——电解质溶解。工件的电解质溶解建立在一个电路的基础上，其中工件被当成阳极，而形状与所需几何形状大致相反的工具（电极）被当做阴极。电解质通常使用的是水基盐溶液（10％?30％的氯化钠或硝酸钠）。电压通常在5~20V的范围，它能保证较高的电流密度，0.5~2A/mm2，并产生一个较高的去除率，0.5~6cm3/min，具体的电压值依赖于具体的工件。
火焰切割火焰切割的特征可以描述如下：质量减少；工作金属为固态；化学加工基本工艺流程中的主要方式是——燃烧。在火焰切割中，材料（黑色金属）被加热至一个通过供氧可以燃烧的温度。理论上，释放出的热量应当足够维持一旦发生的反应，但由于损失到大气和材料中的热量，一定量的热量必须被连续的提供。为了提供启动和维持反应所需的热量，一个焊炬被设计出来。最广泛被使用的是氧炔焰割炬，
其热量由乙炔和氧气的燃烧产生。用于切割的氧气通常通过割炬顶端的中心孔来提供。
火焰切割过程只能被用于容易燃烧的材料。对于其他材料，基于热能的基本加工过程——熔化，已经被进一步的发展（电弧切割，等离子电弧切割等等）。这就是为什么在第8单元开篇的表中，切割被列在热能与化学两个基本加工过程中。
Unit 9钢的内部结构▲
钢是我们最重要的工程与结构材料，它在所有的金属产量中大约占80%。钢获得了这样的杰出地位，是因为其连接强度、各种形状制造轻松，以及伴随着低价的广泛特性。从相对柔软的带钢到坚硬的工具钢，我们生产各种用途钢的能力，在许多情况下，依赖于对该钢成型前后所进行的合适的热处理。在考虑钢和其他铁合金的热处理之前，简要的考虑一下钢的内部结构将会是有益的。
一块钢的表面并不能对其内部结构组成情况给出标示，但如果这块钢被“打碎”，其结构就会表现出一个颗粒状的外观。晶粒通常如此的小，以至于需要一个放大镜来显示它们的存在。
断口的一个高倍放大将只显示很少的东西，这是因为粗糙的断面无法对焦，一些区域将离显微镜很近而其他区域则很远。
为了在显微镜下适当的检查一块钢的样品，样品首先必须经过准备。即研磨出一个平面，然后用越来越细的磨料将该平面抛光，直到得到一个无划痕的镜面。镜面上由抛光工作引起的金属油污，通过使用合适的试剂（例如5%的硝酸乙醇溶液通常被用于酸洗碳钢）酸洗该面而被清除，晶粒由此被揭示出来。显微照片是通过显微镜拍的照片，既然这样，金相显微镜拍的照片就被称为金相照片。正如显示的那样，通过对样品适当的准备与酸洗，几乎纯净的铁或铁素体的显微照片展示出了其微小结构。晶粒界限通常表现为黑线。显微照片中黑暗的区域是由不同的洗蚀深度造成的。每个晶粒都是单独的金属晶体。一个100倍的放大倍数通常对于纯金属晶粒的显示是足够的，增至50000倍的放大倍数需要使用电子显微镜才能达到。然而，对于金相上的检测，通常使用100至500倍的放大倍数。
在自然界中，所有的固体金属都是结晶状的。
然而，即使在最强大的显微镜下，对金属的检查也不会显示出原子或空间晶格，所有能够看到的只是个别的晶粒或晶体。为了能够看到铁或钢中晶体的晶格原子排列，将一个抛光并酸洗的表面放大至大约3500万倍裸眼所见大小将是必要的。因此，在显微镜下最小的晶粒也是由相当多的原子组成的。
尽管金属的晶粒或晶体可能会有外在的形状和不同的尺寸，一个晶粒的内部晶体结构却是以特定金属的空间晶格为基础的。所有的晶粒或晶体都是由按照一定模式或结构结合在一起的原子组成。这个原子结构被称为任何结晶材料的空间晶格。在固定的温度下，晶粒中的原子以一定的距离被相互隔开，并且他们不能改变这个间隔。当然，原子以这种方式结合在一起并不是真实的，但这有助于将晶体描绘成一个原子由假想线段连接的三维晶格。
尽管有14种可能的空间晶格形式，但铁冶金专家只需要知道两种：（a）体心立方晶格，和（b）面心立方晶格。体心立方晶格通常简称为bcc，它在假想立方体每个角上都有一个原子，并在立方体的中心也有一个。面心立方晶体通常简称为fcc，它在立方体每个角上有一个原子，并在六个正方形面的每一个中心处都有一个。纯铁与碳钢一样，在室温具有体心立方晶格的晶体结构，然而在某个高温范围内，它们则具有面心立方晶体的原子排列。当钢或铁被加热到某温度时，晶粒内存在一个原子的重新排列，使由体心立方晶体到面心立方晶体的变化发生。这个原子排列的转变被称为同素异构转变。同素异构一个常见的例子是元素碳的各种形态，它可以以许多的形式存在，包括炭黑、石墨或金刚石。这个转变发生的温度被称作转变温度。钢的热处理方法取决于铁的该种同素异构，以及在每种铁的晶体形式中碳的溶解性变化。
Reading Material钢的热处理▲
热处理操作的类型这堂课中详细介绍了五种基本的热处理操作，关于这些操作的描述如下。
完全退火（韧化）完全退火是利用冷热循环使钢铁变软的过程，这样钢将变得易于切割与弯曲。在退火时，钢被加热到转变温度以上，当达到一个合适的温度后，再将其非常缓慢的冷却。完全退火的明显特征是：（a）温度高于临界温度（b）非常缓慢的冷却，通常是炉冷。
正火（正常化）除了钢是空冷这点，正火与退火相同，空冷比炉中冷却快相当多。钢被正火是为了改善晶粒尺寸，使其结构更加均匀，或提高它的机械加工性能。
淬火（硬化）淬火就是将钢放入液体急速冷却，即，将刚由转变温度以上迅速进行冷却。对于大多数的急速冷却，钢一般在水中或卤水中进行淬火，对于一些合金钢则使用油冷，对于某些高合金钢则要使用空冷。钢淬火后一般很硬很脆，如果掉落它甚至有可能碎裂。为了使钢有更好的延展性，它还必须要被回火。
回火（缓和）回火由两步组成，第一步是将淬火过的钢重新加热到低于转变温度的某一合适温度，并持续适当的时间。第二步是将其冷却到室温。这个过程是如何使钢变韧的，后面将会讨论。
去应力退火去应力退火是将钢加热到转变温度以下的热处理，这点与回火一样。但这样做主要是为了去除内应力，并因此防止机械加
工过程中的变形与断裂。有时候去应力退火也被称为中间退火。
热处理的原因钢的热处理通常是为了达到以下目标中的一个：
●去除由冷加工引起的应力，或去除热金属物体不均匀所冷却产生的应力。
●改善热加工过后钢的晶粒结构，因为钢在热加工后可能会产生粗糙的尺寸。
●获得合适的晶粒结构
●降低硬度，提高延展性。
●增加硬度从而提高耐磨性，或使钢能够承受更多提供的条件。
●增加韧性，即，生产一种钢同时拥有高拉伸强度和好的延展性，使它能够承受高强度冲击。
●提高机加工性（切削性）。
●提高导电性。
●改变或修改钢的磁性。
热处理对于任何给定的钢，其最硬的状态是通过淬火获得的完全的马氏体结构。由于硬度直接与强度有关，一个由100%马氏体组成的钢，其强度是处在它可能的最大状态的。然而，强度不是钢件在应用中唯一必须被考虑的性质，延展性也是同样重要的。
回火延展性是金属在其破裂之前改变形状的能力。淬火马氏体本身很硬但延展性不高，事实上，它相当的脆。通常在一个较小的强度牺牲下，为了给予马氏体以延展性，回火是被需要的。此外，回火还极大地增加了马氏体的耐冲击性。
回火的效果将被阐述如下。如果一个铁锤的头部被淬火成为完全的马氏体的结构，它也许会在最初的几次打击后破裂。在铁锤的加工过程中，回火给予了铁锤抵抗震动的能力，而仅仅伴随硬度上的稍微降低。回火是通过加热一个淬火零件到转变温度下的某点，并在该温度保持一个小时或更久完成的。保温的时间取决于零件的尺寸。大多数钢的回火温度在205~595℃。随着回火使用温度的提高，钢的韧性与耐冲击性增强了，但硬度与强度下降了。
退火淬火与回火这两个阶段的热处理过程，是为了产生高强度钢而设计的，高强度钢够能抵抗震动与变形并且不会破裂。而令一方面，退火过程则是为了使钢更容易加工与成型。在机加工钢制品时，切削与多次的弯曲操作是经常被使用的。甚至是经过回火的钢也可能不容易切割与弯曲，因而退火通常是必要的。
中间退火（去应力退火）中间退火包括，将钢加热至恰好低于最低转变温度的温度，并保持一小段时间。这使钢更容易成型。该热处理通常被用与板材与线材工业，其使用的温度通常在550~650℃间。
完全退火完全退火能使钢更容易切削与弯曲。为得到亚共析钢，钢被加热到第三转变温度以上50~100℃并缓慢冷却。而为了得到过共析钢，钢被加热到最低转变温度以上并缓慢冷却。在完全退火中，冷却必须进行的非常缓慢，从而产生粗大的珠光体。缓慢冷却并不是中间退火的本质，因为从低于最低转变温度这样的温度冷却，任何的冷却速度都会导致同样的微观结构与硬度。
在冷变形过程中，钢在变形区域内有一个变硬的趋势，这使钢的弯曲更加困难，并变得容易破坏。交替的变形与退火操作被用在大多数的机加工钢产品中。
正火正火过程包括，将钢件加热到第三转变温度以上的一个温度，并使其始终于空气中冷却。正火所需要的实际温度取决于钢的成分，但它通常在870℃左右。实际上，术语“正火”并没有描述其目的。该一过程被描述为“均匀化处理”或“晶粒改善处理”可能会更准确。在任意一块钢内，其整个部分的成分通常都是不均匀的。也就是说，一个区域可能比它相邻的区域含有更多的碳。这些成分的不同影响了钢对热处理的响应方式。如果钢被加热到一个较高的温度，碳可能会迅速地扩散到各处，其结果就是从一个区域到另一个区域，都是相当均匀的成分。钢在那时将更加均匀，并会以一个更加均匀的方式响应热处理。
因为铸钢的固有特性，正火处理更频繁的被用在，铸件工作之前，以及钢淬火前的铸造与锻造。
去应力退火当金属被加热时，与升高温度成或多或少比例的膨胀就会发生。当冷却金属时，会发生相反的作用，即金属被观察到收缩。当一个钢杆或钢盘的某一点被加热到比其他点温度高时，就像焊接或锻造一样，内应力被制造出来了。在加热过程中，受热区域的膨胀不会不受限制的发展，它会趋于变形。冷却时，收缩被环绕在被加热金属周围的未屈服冷金属所阻止发生。试图使金属收缩的力没有被消除，当金属再次冷却时，这些力就作为内应力保留下来。应力也引起体积的改变，并伴随着金属的转变和析出。内应力或残余应力都是有害的，因为在钢构件被加工时，它们可能会引起钢件的歪斜。为消除这些应力，钢被加热到595℃左右，假设整个材料被均匀加热，然后缓慢冷却到室温。这个过程被称为去应力退火，或仅称为去应力。
Unit 10金属的腐蚀
化工厂，伴随着大量多种的气态，有机的和气态的腐蚀，产生每种可想象的腐蚀类型。控制设备的腐蚀在没有化学过程的情况下是一个相当大的挑战。炼油厂在腐蚀控制方面具有最好声誉，这部分地是由于其产品的价值给了炼油厂以资金来进行腐蚀控制，部分地也是由于对
炼油厂来说如果任何一项腐蚀控制措施出现问题的话，都存在发生火灾的危险。抵抗腐蚀的材料和昂贵的化学抑制剂被认为是必要的保障。什么是腐蚀？腐蚀是金属由于和环境反应而产生的破坏。
破坏的规定是不包括工艺在内的，比如化学药品的研磨、铝的阳极反应，和钢的发蓝，这些都是有意识的去改善金属。所有种类的化学和电化学过程在工业上被用做和金属发生化学反应，但是它们被设计出来是用于改善金属而不是去破坏它。因此这些过程不认为是腐蚀。
金属在腐蚀的定义中被涉及到，但是任何一种材料都能被它的环境破坏：塑料在溶剂中膨胀，混凝土在污水中的溶解，木头的腐烂，等等。这些结果都是不同机理产生的严重问题。但是在这个定义中它们不被包括。金属，他们是否在腐蚀中被侵袭的均匀或者有纹孔或者开裂，被腐蚀都是通过相同的基本机理，它们不同与其他的材料。这些试验集中在金属上。
腐蚀对于金属来说是个自然过程，因为它们与环境反应生成更稳定的化合物。即使是在一个材料选择总是正确的、设备设计没有任何缺陷并且操作也没有任何错误的理想世界中，腐蚀仍将发生，只不过是可以接受的腐蚀速率罢了。
腐蚀的代价。看看真实的腐蚀是怎样的，许多国家的政府在1970年和1980年委托研究，得到了许多数据说明腐蚀的确是大多数的主要问题。美国的研究估计腐蚀的直接损失是工业产值的4.9%对于工业化国家来说。这4.9%中，大概1%到2%是可以通过现在的技术避免的，大概是每人每年200美元的浪费。
直接成本包括零件、劳动力代替汽车的消声器，金属的顶板，冷凝管，和所有其他的可腐蚀的金属。一部完整的机器不得不被报废由于小部件的腐蚀。单单汽车腐蚀每年就值16亿。直接成本包括金属的重新喷漆，虽然这笔费用不同于安装精确的部件，因为许多金属表面喷漆是防止腐蚀。腐蚀防护的成本也包括例如阴极保护的投资成本、其电力消耗和维修成本、化学缓蚀剂的成本以及抗腐蚀材料的附加成本等。
间接费用更难以确定，尽管他们可能至少对一样大的直接费用进行了调查。间接费用包括工厂停产，损失或污染的产品，丧失效率，对于防腐需要进行必要的设计，大约20 ％的电子故障是由腐蚀造成的。
腐蚀导致了我们一个非常现实的代价就是资源枯竭，但是这不是算作直接费用。据估计， 40 ％的钢铁生产用以取代钢材腐蚀损失，许多金属，特别是例如铬和镍等那些制造合金时所必需的金属，都不能通过当代技术进行可回收利用。能源资源也降低腐蚀，因为能源必须用于生产替代金属。
人力资源是一种浪费，拥有时间和智慧的许多工程师和技术人员必须在日常斗争腐蚀。往往腐蚀工作分配给新的工程师或技术员，因为它是一种快速的方法为他/她去了解的人，工厂运作，它的问题。然后，如果他们会得到进步以及与另一个有经验的学员已经重新开始学习周期。
Reading Material腐蚀控制
腐蚀问题是可以通过以下途径解决
（1）选择一个材料，可以抵抗腐蚀环境。
（2）给金属加保护层。
（3）改变使用环境，如温度，压力或速度。
（4）改变使用的环境化学，如pH值，浓度，通风，或杂质。
（5）添加缓蚀剂。
（6）采用阴极保护转移电位的金属阳极。
（7）修改的设备或系统的设计。
（8）让其它腐蚀和取代它（通常是一个可行的选择！）。
上面列出的是处理腐蚀问题的方法，但不是所有的方法在特定情况下都能适用。特别是，腐蚀工程师往往不能改变使用条件或化学环境。这些可被视为不可改变的海洋，或几乎一成不变：工业进程正在运行比较顺利，但一些变化将会对狂热的生产者产生严重后果。
大多数的腐蚀问题都源于不当的设计或材料选择不当。然而，材料选择的好能够克服恶劣环境条件，甚至一些在设计上的缺陷。
一旦工程师已确定不存在一个灾难的危险，采取何种方式防止侵蚀都会带来对经济的影响。
材料的选用
不锈钢通常是一个“可能侵蚀”不明的保护环境的首要选择，因为这些合金的抗氧化剂广泛，但他们不能承受如盐酸强还原解决方案。不锈钢可以腐蚀，尽管他们的名字是不锈钢。不锈钢根据自己的冶金结构分为5个一般组（马氏体，铁素体，奥氏体，双相和沉淀硬化不绣钢），以选择使用哪一个不仅取决于耐蚀性，而且在于强度和成本。
商业纯镍具有很高的耐腐蚀性，特别是碱，与类似的低碳钢力学性能相结合，和良好的可焊性。镍和镍合金，广泛应用于食品工业和经常选择的服务氯，氯化氢，和氯代烃。它们非常耐高温空气和应力腐蚀开裂。
铝是一个标准的电动势非常活泼的系列的金属，它能立即与空气反应生成钝化膜由两层组成：一种内在的，紧凑的，无定形氧化物和外层，加厚，更渗透水合氧化物。铝是符合自然的气氛和承受许多解决方案，如果pH值大约4至9。强酸强碱等可以破坏铝的钝化膜。氯离子
是特别有害的，因为他们只是在攻击弱点的铝。许多有机氯化溶剂和醇可以攻击铝合金，严重时会发生爆炸。
防腐涂料
该涂料的主要目的是金属免遭腐蚀环境中时，其他金属在机械和物理性能方面的使用条件适宜。涂层具有良好（通常是钢）力学性能的金属往往更实用的成本比选择更耐腐蚀，但需要昂贵的材料。
保护可以以四种方式实现，通常是在多种方式运作的涂料：
（1）障碍涂层，可以防止感染该金属的腐蚀环境。
（2）牺牲涂层腐蚀，又可提供阴极保护的基本金属。
（3）抑制剂涂料，电极反应减慢。
（4）电阻导电涂料，扼杀了电化学腐蚀电池，油漆属于这个最后一类。
缓蚀剂
一种缓蚀剂是一种添加到腐蚀环境，以降低腐蚀速率的少量化学物品。一些抑制剂干预阳极反应，一些与阴极反应，有些有以上两种功能。它们通常用于防止一般腐蚀，但绝大多数不是防止局部进攻，比如缝隙腐蚀，点蚀或应力腐蚀开裂有效。抑制剂有一个临界浓度，必须达到或超过了它们是有效的，在某些情况下，以防腐蚀恶化。
阴极和阳极保护
阴极保护是保护金属表面上的所有阳极的阴极面积，使腐蚀停止。受保护的金属上也有积极的电流流过来自各处的电解液表面上，以便没有电流流过。这一结果实现可以有两种截然不同的方式。
（1）牺牲阳极连接的金属，而受到保护。
（2）采用从一个单独的电源，这种技术称为阴极电流保护。
阳极保护，相反，使整个金属表面阳极的金属完全保护。很明显，那么，这种技术只限于金属，可形成保护性钝化膜。由于钝化金属仍处于低利率腐蚀，阳极保护差不多，但不完全，停止腐蚀。
PART III 过程工业
Unit 11化学工程
1. 什么是化学工程？
从广义上讲，工程被定义为特定行业使用的科学技术和设施，例如，机械工程是指技术和设施被用来制造及其，它（机械工程）主要是以机械力基础，这些力用于改变被加工材料的表面形状或物理性质，而材料的化学性质不变。化学工程包括材料的化学加工，主要以化学和物理化学的高度复杂性为基础。
因此，化学工程是注重设计，制造，机械设备操作，化学加工工业机械等要就工程领域的分支。
化学工业是首先以化学科学为基础，例如物理化学，化学热力学，和化学动力学。等等，然而，它（化学工程）不是简单的复制他们的发现，而是依靠他们进行大量的化学处理。主要的目的是使化学工程成为一门纯粹的学科，是一种能够找到一种操作和设计商业设备及配件最适合最经济的方案。因此，化学工程在没有经济，物理，数学，控制理论，机械原理，和其他科学技术的紧密联系是不可想象的。
在化学工程的早期，化学工程是一门大的描述性的学科。在那时许多的早期的化学工程的教科书和手册都是百科全书一样商业生产过程中所知道。在科学和工业制造取得进展并在增加化学制品的数量上给人印象深刻。如今，是有充当的80，000种化学品的生产来源。化学工业的发展，一方面使化学和技术科学向前发展，另一方面可为化学加工工艺奠定理论基础。
随着化学工程的稳步向前发展，新的数据，新的联系，新的归纳正在被加入化学工程的主题。许多他们自己的分支区别化学工程的主流。正如加工和机械设计，自动化，化学模拟加工和建模等等。
2. 化学工程的基本趋势？
化学工程一直被用来加工工业来改变原料的物理状态或化学成分。化学工程师所研究问题的传统范围，从复杂性和规模上来讲，也许都可以称之为是中等尺度的问题。这种尺度包含反应器和单一工序的装备以及制造工厂里单位操作的组合体。未来的中等尺度研究将越来越多地有微观尺度的研究和极端复杂系统的宏观尺度的研究来补充。
化学工程将来会整合成比其他任何工程领域分支都宽尺度（的工程学科）。例如，一些工作可能把宏观尺度的环境和中间尺度的燃烧系统和微观尺度的分子反应和运动联系起来。另一些工作可能把一个复合的飞行器的宏观尺度的性能和中间尺度的机翼的化学反应器以及反应器的布局将受复杂液体的微观动力学研究的影响。
如此，将来化学工程将会构想和在微观到宏观的连续的尺度范围内严谨的解决问题。他们将会新的工具和新的观察发现以及研究其他学科：分子生物学，化学，固体物理，材料科学，和电子工程。并且他们在制造和过程设计和加工方面将会越来越多的用计算机，人们的智慧，以及解决问题的专门的系统。
Reading Material化学工业
1. 化学工业的定义
在本世纪初，定义出化学工艺制品的构成是不难的，因为那时制造出来的化学产品很有限，例如，强碱、硫酸溶液。现在，千上万的化学品从天然材料中提炼出来，例如原油（某些领域）被加工成很多中间产品，可以作为消费品，或着转变成消费品。困难是在于裁决那一部分的过程属于化学工业领域，举个例子来阐释这种情况，乳化油漆可以含有聚合物（聚乙烯树脂）/聚脂（乙烯基醋酸纤维）。很明显的，人造聚乙烯树脂（或醋酸纤维）和它们的聚合物都是化工产品。然而，如果油漆的合成和配制中含有聚脂，它是由多种化工加工产生的副产品，那它是属于化学工业产品还是装饰工业产品呢？
办公多样化和各个工业领域的相似性造成的，是由于没有给化学工业简单定义。相反，每一个办公个体搜集和出版关于工业生产的数据，将会给那些化工生产过程一个简单的定义。在比较那些不同来源的统计信息的时候，这是需要铭记于心的。
2. 化学工业的需要
化学工业与许多原材料的加工有密切关系。如原油，首先要变成化工中间产品，然后被加工成各种各样的其他化工产品。这些产品经常被用来生产消费产品，使得我们的生活更加舒适，或者在另外一些领域比如制药方面，用于保持我们身体健康。每一个阶段产生的价值都被加入到产品中，而且它提供的这些附加价值远远超过了原材料价值和制造加工过程的成本，这样过程中就产生了利润。这也是化学工业的目的所在。
在书中提出这样一个问题可能会很奇怪：“我们需要化学工业么。”然而，如果尝试去回答这个问题就会得出：（1）化学工业活动的领域很广泛（2）它影响我们的日常生活（3）社会很需要化学工业我们的话题是回答这个问题化学工业对我们的贡献。这些需要包括什么呢？新鲜的食物（和饮料）和健康是主要的。其它我们考虑的还有服饰，住房，娱乐及交通运输。
1.食物。化学工业对食物生产的主要贡献至少体现在三个方面。首先，生产大量可用化肥代替作物生长需要的自然化肥（如氮、磷、钾），促使现代农业增产。第二，生产了许多保护植物的农药。如杀虫剂，它们减少了被害虫侵蚀的农作物数量。第三，生产许多兽医药品，保护家畜免受病害或者治愈它们的疾病
2.健康。我们意识到化工生产中制药部门对保持我们的健康有很大贡献，比如用抗生素治愈传染病，甚至可以延续生命；再如维生素β可以降低血压。
3.服饰。现在的合成纤维的质量比以前的服饰材料（如麻，棉）有了很大的提高。因此衬衫，裙子以及外套用聚酯纤维比如（涤纶或者尼龙）制成的，它们防皱，可以机洗，易干，免烫。他们也比天然原料便宜。
随着科技的发展，纤维制品可以根据时尚设计要求，染成多种颜色。现在，几乎可以染成光谱中的任何一种颜色，如果某一个合适的款式不能得到，将改变现有的颜料来获得，直到颜色满意为止。
该范围内有着另一个优点，即印染的服饰不易褪色，比如洗衣服的时候颜色不易被洗掉。
4.住房。娱乐及交通运输就住房而言，现代高分子材料的贡献是使住房更加坚固，这些材料正在取代传统的木质材料，因为它们轻并且不需维护（例如，它们抵御风干和不用油漆），其它的聚合物，例如甲醛或聚氨脂，是重要的绝热材料从而能节约能量。
塑料，聚合物使得闲暇时间的活动可以全天候进行各种活动，从足球场到乒乓球场再到球拍高尔夫球杆都是何尝纤维做成的。
同样，近几年化学工业对运输的贡献在于使得运输能有很大的提高。因此，新发明的添加剂像抗氧化剂和油粘剂使发动机的改变，使得速度大幅度的提高，从300到6000再到12000英里/小时。调查研究表明，提速的原因在于润滑油和油脂，从而使它们有更好的流动性。在汽车运输业高分子材料的贡献也很突出，聚脂和塑料的广泛应用于制造跑道、车轮、座椅垫子还有它们的覆盖等等。－现在超过了40％
所以，虽然现在很明显的也很简短的回顾化工对我们生活和世界的贡献，有了这些化工产品我们的世界会很大的不同于没有他们。如今已过国家队发展水平往往根据生产水平和化工水平来判断。
3。化学工业的研究和发展
在世界的发展中，化学工业快速发展的一个主要过程是世界的发展的关注和研究金额的投资(R&D)。典型的数据是销售收入的百分之五，是医药研究和投资领域的两倍。我们要意识到这里引用的百分比是销售收入而不是利润是很重要的。例如，总收入用来支出原料，租金，职员等。在过去，这笔投资很好，使得许多有用有价值的东西流入市场，比如研究出聚脂产品，包括尼龙、聚脂、医学用药及杀虫剂。尽管新产品进入市场的数量在近几年几十年减少以及由于经济衰退研究投资在减少，那些关注度还是很高水平的。
化学工业是一个非常高技术的工业，它涵盖了最新的电子技术和工程技术。计算机广泛使用于各种研究，从化工厂中的设备自动化控制到分子模型的新型混合物，再到实验室分析仪器的控制。
个别生产设备的生产力并不高，从化工制药的一年数吨到肥料及石油化工厂的每年达到50 0000吨。这些最新的投资，即使是一个单一的设备如今也需要250 000 000。另外，这些自动化设备被广泛使用，可以解释为什么化工生产是资本密集型不是劳动密集型。
那些主要的化工公司大都是跨国公司，它们在全球的大多数国家有着销售市场且许多国家都设立了加工工厂。有着经济全球化、国际化的发展，化学工业也在不断增长，公司扩大他们的活动包括扩大已有生产单元在自己的国家和收购已经在其他国家发展好的公司。
Unit 12工业制造的传递现象
1. 引言
传递现象是一个共有的名词来源于有规则的集成研究的三个古典的工程领域的学科；（1）能量或热传动，（2）质量传递或扩散（3）动量传递或流体动力学。当然，热和质量传递发生在流体中，正是由于这个原因一些工程研究人员们青睐于热传导和固体扩散，然而，这个学科实际上是比流体力学的范围更广。该学科不同于流体力学之处还在于传递现象的研究利用了传热，传质，和动量传递方程之间的相似性。这些相似性，随着它们经常被提起，能够经常涉及到相似的物理构造借以发生传送，因而，明白一个传送过程就可以明白另一个传送过程。而且，如果微分方程和边界条件都相同，则仅需对其中一个（传递）过程求解，因为通过改变名称，该解可用作任何其他传递过程的解。
需要强调的是，然而，在传递过程中有很多相似之处，也有很重要的不同之处，尤其在动量传动，和热或质量传递。尽管如此，一个对传递过程相似之处有系统的研究会使识别和明白他们的不同之处变得更加简单。
2. 为什么工程师要研究传递现象？
自从这门学科涉及到一些自然规律，一些人把它归类为工程方面的一个分支。这如这些原因一些参与经济性设计和设备操作以及技能方面的工程师，十分适当地提出传递现象将会在实践中体现价值。大致有两种答案回答这些问题。第一种要要求认识热，质量，动量等传递发生在各种工程设备中，热交换器，压缩机，核电站，增湿机，空气冷却器，干燥器，分馏器，减震器等等。这些传递过程也参与到人体当中就像在复杂得过程凭借污染物质的其反应扩散到大气中。如果工程师想要了解在工程装备中所发生的情况，并就造作的经济性做出明智的决策，那么他们应该对控制这些传递过程的物理定律有所理解，这一点很重要。
第二中答案是工程师们需要能够用他们对自然规律的理解来设计这些正在发生的装备过程。这样做他们必须预测出热，质量或动量等传递的比率。例如，考察一个简单的换热器，即一根管子，通过保持器壁温高于流过管内的流体温度，即可加热流体。这个比率通过管壁传热给流体的依靠的因素叫做热传递系数这是在进行昂贵的实验室或试验工厂测量后以及通过相关度量的以观察或实验为依据的方程式所获得的。这些方程式在一定范围内适合一些数据的方程式；它们不是建立在原理的基础上，也不能用在已经获得数据的精确度意外的问题上。
更便宜的而且一般更可靠的方程式被用在传递现象来预测传热系数通过以自然规律为基础的方程式。这些预测的结果将会通过一个研究工程师计算一些方程式（通常是用计算机）后获得的。一个设计工程师将会用这些方程式是研究型的工程师获得传热系数。
记住设计热交换器的工作一样也是不管如何要先得到传热系数。由于这个原因，一些传递现象的课程仅仅强调传热系数的确定和实际的单元操作课程的设计水平。当然获得参数也是很重要的，热传递系数被用作设计，也正是由于这些原因一个传递课程可以被认为是一个工程课程就像是一门学科。
事实上，有一些设计的工程师可以用这个方法和传递想象的方程式直接用于设备的设计的例子。一个例子就是一个作为一个管子说明的管子型的反应器，这个热交换器伴随着均相化学反应发生在里面会描述的早些，流体以某种反应物浓度进入管子，而以减小了的反应物浓度和提高了的产品浓度排除管子。
当然，不是所有的问题今天都可以用这种方式解决。然而，随着计算机的发展，越来越多的问题将会用这种方法解决。如果工程学的学生接受教育没有变得过时，那他们必须做好思想准备，同伙理解传递现象的一种方法，应用计算机将会创造未来。因为它有巨大的潜力正像他的应用的趋势，传递现象的课程将会最终证明这是在大学生涯最实际而且有用的的课程。
第七章仪器化 7.1介绍 本章主要介绍发酵过程中检测和控制的仪表。显然这些仪表并不时专门用于生物发酵领域的，它们在生物工程或相关的领域中也有广泛的应用。在实际中，大多数应用与生物工程的分析仪表并不是由生物工程发展的产物，至今，生物学家常用的仪表是在化学工业中应用的而发掌出来的。但是，这些精确的仪表并不是为更加复杂的生物反应专门设计的，在计算机控制出现以后，这表现的更加明显。 计算机自动化的发展主要基于各种探测器的发展，它们可以将有意义的信号转化成控制动作。现在适合于提供发酵过程详细参数的适当仪器已经有了很大的改进，这可以提高产量和产率。遗憾的是，在商业化中实现这些自动控制还很困难，但是改变这种情况只是时间的问题。本章只讨论现有的仪表和设备，它们目前都有各自的局限性。 计算机控制是目前发酵工程中的惯用语，不久之后，发酵过程也许真的可以和计算机匹配。但是在这一进步过程中，我们开始考虑一句谚语，“工具抑制创造性思维”。计算机控制需要在线仪表，我们在章中会有涉及。 7.2 术语 如果我们所有对生物工程过程的理解需要仪表，我们真正熟悉我们所用的仪表就非常重要，否则我们就会对这些仪
表的适用性和特性产生错误的判断。下面对一些常用的性质加以介绍。 反应时间通常是描述90％输入信号转换成输出信号所需要的时间。作为经验法则，用于生物系统的仪表的反应时间要小于倍增时间的10％。因此，在典型的发酵工程中，如果倍增时间是3h，超过18min反应时间的仪表将无法完成在线控制。很多仪表有更小的反应时间，它们通常被用于一些其它样品的操作，它们的测定和控制动作的之后时间更长。 灵敏度是衡量仪表输出结果变化和输入信号变化之间的关系。通常，考虑到高灵敏度的仪表可以测量微小的输入变化，灵敏度越高的仪表越好。然而，仪表的其它参数，如线性，精确性，和测定范围也是选择仪表的考虑因素。 输入与输出的线性关系是二者最简单的关系，校正过程也最为容易。 分辨率是可以测定的输入信号的最小值，通常以仪表读数最大偏转角的百分数来表示。 残留误差是指输出结果与输入保持恒定时的真实结果的偏离值。 重现性永远不要被忽视，只要有可能，就要对仪表进行校正，尤其是那些测定氧气和二氧化碳测定的仪表。 7.3 过程控制 在过程控制中，有三种可能实现的目标：
1.1 生物技术的属性 生物技术是一个属于应用生物科学和技术的一个领域，它包含生物或亚细胞组分在制造行业、服务也和环境管理等方面的应用。生物技术利用细菌、酵母菌、真菌、藻类、植物细胞或培养的哺乳动物细胞作为工业过程的组成成分。只有将包括微生物学、生物化学、遗传学、分子生物学、化工原理在内的多种学科和技术综合起来才能获得成功的应用。 生物技术过程通常会涉及到细胞的培养和生物量，并得到所需的产品，后者可进一步分为：生成所需产品（如酶、抗生素、有机酸和类固醇）； 原料的分解（如污水处理、工业废料处理和石油泄漏处理）。 生物技术的反应过程是分解过程，即把复杂化合物分解为简单化合物（如葡萄糖分解为乙醇），也是合成或同化过程，即把简单的分子合称为复杂的化合物（如抗生素的合成）。分解过程通常释放热量，而合成过程通常吸收能量。 生物技术包括发酵过程（如啤酒、果酒、面包、奶酪、抗生素和疫苗的生产）、供水与废物处理、食品技术以及越来越多的新应用，包括从生物医学到从地品位矿石中回收金属各个领域。由于生物技术的普遍性，它将在许多工业生产过程中产生重大的影响。理论上，几乎所有的有机物都能用生物技术来生产。到2000年，生物技术在未来全球市场的潜力预计接近650亿美元（表1.1）。然而，我们必须意识到，许多重要的生物产品仍将利用现有的分子模型通过化学方法合成。因此，应该从广义上来理解生物化学和化学以及他们与生物技术的关系。 生物技术所采用的众多技术通常比传统工业更经济、更低能耗、更安全，而且生产过程中的残留物都能够通过生物降解而且无毒。从长远来看，生物技术提供了一种可以解决众多世界性难题的方法，尤其是医药、食品生产、污染控制和新能源发展领域的问题。 表1.1 全球生物技术市场在2000年之前的增长潜力 摘自Sheets公司（1983n年）生物技术通报11月版。
Professional English for Industrial Engineering Chapter1 Unit3翻译 姓名： 专业：工业工程 班级： 学号： 完成日期：2015-10-31
Chapter 1 Unit 3 Academic Disciplines of Industrial Engineering 五大主要工程学科和它们的发展 在美国，有五个主要工程学科（土木、化学、电工、工业、机械），它们是早在第一次世界大战时就出现的工程分支学科。这些进步是世界范围内发生的工业革命的一部分，并且在技术革命的开始阶段仍在发生。 随着第二次世界大战的发展导致了其他工程学科的发展，比如核工程，电子工程，航空工程，甚至是电脑工程。太空时代导致了航空工程的发展。最近对环境的关注使得环境工程和生态工程也得到了发展。这些更新的工程学科经常被认为是专长学科包含“五大”学科，即土木，化学，电工，工业，和机械工程里的一种或多种。 和美国的情况不同，工业工程在中国属于第一层级管理科学和工程学科下面的第二级别的学科。 IE学科的开端 学科后来演变成工业工程学科是最初在机械工程系被作为特殊课程教的。首个工业工程的分部在1908年的宾夕法尼亚州大学和雪城大学被建立。（在宾夕法尼亚州的项目是短期存在的，但是它在1925年又重建了）一个在普渡大学的机械工程的IE选科在1911年被建立。一个更完整的工业工程学院项目的历史可能在资料中被找到。 在机械工程部有一个IE选科的实践是主要的模式直到第二次世界大战的结束，并且分离出来的IE部在整个上个世纪里的文理学院和综合大学里被建立。 早在第二次世界大战的时候，在工业工程方面，只有很少的毕业生水平的研究。一旦分开的学部建立之后，学士和博士级别的项目开始出现。 现代IE的教育—分支学科 今天，与过去相比，工业工程对于不同的人来说意味着不同的东西。实际上，一个发展一个突出的现代工业工程的方法是通过获得在它的分支学科和它怎么联系到其他领域的理解。如果在分支学科和工业工程相关联的领域之间有清楚的
Lesson eight 第八课 Ⅱ.翻译句子，并注意remain和above的词类和词义 2. In this case the voltage applied must remain unchanged. 在这种情况下，那个应用电压必须保持不变 4. If you take 3 from 8, 5 remain. 如果从8中拿走3，剩5. 6. The above property was discovered by Faraday. 法拉第发现以上性质。 8. Lenz states that the self-induced emf impedes any change of current and tends to support the former current value. The above is known as Lenz’s law. 楞茨陈述自感电动势阻止电流的变化而保持先前电流的值。上面就是我们所知的楞 次定律。 Ⅲ.翻译句子，注意some的词义 2. That radio receiver weighs some five kilograms. 那个无线接收器重五公斤。 4. Some element in the substance is not known. 物质中的一些元素是人们不知道的。 Ⅳ.翻译句子，注意句中one 的不同用法和词义。 2. This concept was discussed in Chapter One. 这个概念在第一张讨论过。 4. No one can lift this equipment. 没人能举起这件设备。 6. This chapter will deal with one of the three functions of a turning circuit. 这章我们将介绍螺旋电路三个功能中的一个。 8. Before one studies a system, it is necessary to define and discuss some important terms. 在研究一个系统之前，确定且讨论一些重要的术语是有必要的。 Ⅴ.画出句中的名词从句，说明其种类，并将句子译成汉语。 2. These experiments do not show which particles. 这些实验不能显示他们的粒子结构。 4. The operating point is determined by how much bias is used. 操作要点是被用多少偏压决定的。 6. It is not important how this voltage is produced. 这个电压是怎么产生的并不重要。 8. It may be questioned whether this approach is the best for the physicist. 这种方式最适合于医生可能会被质疑。 10. This ball may be used to determine whether that body is charged. 这个球可能用于检测是否身体是带电的。 12. It is known that charged particles emit electromagnetic waves whenever they are accelerated. 众所周知的当电子被加速他们就会发射电磁波。 14. The value of this factor determines how fast the amplitude of the current
P1 二、复合难句： 1、Mining may well have been the second of humankind's earliest endeavors--granted that agriculture was the first. The two industries ranked together as the primary or basic industries of early civilization 如果说农业是人类最早的产业（文明）的话，那么采矿就理所当然地排在第二。这两种产业作为人类早期文明最原始或最基本的产业联系在了一起。 2、If we consider fishing and lumbering as part of agriculture and oil and gas production as part of mining , then agriculture and mining continue to supply all the basic resources used by modern civilization 如果我们把捕鱼业和伐木业作为农业的一部分，而石油和天然气产业作为采矿的一部分，那么农业和采矿业至今仍是现代文明所使用的基础资源的支柱 3、Here the term mining is used in its broadest context as encompassing the extraction of any naturally occurring mineral substances-solid , liquid , and gas-from the earth or other heavenly bodies for utilitarian purposes. 这里所说的采矿是指广义上的，因为它包括为实利目的而从地球或其他天体岩石中获取任何天然形成的固态、液态和气态矿物的开采 4、Mine：An excavation made in the earth to extract minerals 采矿：为了开采矿物而在地球上进行的一种挖掘 5、Mining: the activity , occupation , and industry concerned with the extraction of minerals 采矿业：一种与开采矿物有关的活动、职业和产业 6、Mining engineering: the practice of applying engineering principles to the development , planning , operation , closure and reclamation of mines. 采矿工程：运用工程原理生产、规划、运作和关闭（充填）以及对矿山再利用（复垦）的一种实践 7、Mineral：A naturally occurring inorganic element or compound having an orderly internal structure and a characteristic chemical composition , crystal form , and physical properties. 矿物：一种天然形成的无机元素或化合物（无机物），它有着有序的内部构造、特有的化学成分、结晶形式和物理性质。 8、Rock：Any naturally formed aggregate of one or more types of mineral particles
第一章导论 1.1生物工程的特征 生物工程是属于应用生物科学和技术的一个领域，它包含生物或其亚细胞组分在制造业、服务业和环境管理等方面的应用。生物技术利用病毒、酵母、真菌、藻类、植物细胞或者哺乳动物培养细胞作为工业化处理的组成部分。只有将微生物学、生物化学、遗传学、分子生物学、化学和化学工程等多种学科和技术结合起来，生物工程的应用才能获得成功。 生物工程过程一般包括细胞或菌体的生产和实现所期望的化学改造。后者进一步分为： （a）终产物的构建（例如，酶，抗生素、有机酸、甾类）； （b）初始原料的降解（例如，污水处理、工业垃圾的降解或者石油泄漏）。 生物工程过程中的反应可能是分解代谢反应，其中复合物被分解为简单物质（葡萄糖分解代谢为乙醇），又或者可能是合成代谢反应或生物合成过程，经过这样的方式，简单分子被组建为较复杂的物质（抗生素的合成）。分解代谢反应常常是放能反应过程，相反的，合成代谢反应为吸能过程。 生物工程包括发酵工程（范围从啤酒、葡萄酒到面包、
奶酪、抗生素和疫苗的生产），水与废品的处理、某些食品生产以及从生物治疗到从低级矿石种进行金属回收这些新增领域。正是由于生物工程技术的应用多样性，它对工业生产有着重要的影响，而且，从理论上而言，几乎所有的生物材料都可以通过生物技术的方法进行生产。据预测，到2000年，生物技术产品未来市场潜力近650亿美元。但也应理解，还会有很多重要的新的生物产品仍将以化学方法，按现有的生物分子模型进行合成，例如，以干扰为基础的新药。因此，生命科学与化学之间的联系以及其与生物工程之间的关系更应阐释。 生物工程所采用的大部分技术相对于传统工业生产更经济，耗能低且更加安全，而且，对于大部分处理过程，其生产废料是经过生物降解的，无毒害。从长远角度来看，生物工程为解决世界性难题提供了一种方法，尤其是那些有关于医学、食品生产、污染控制和新能源开发方面的问题。 1.2生物工程的发展历史 与一般所理解的生物工程是一门新学科不同的是，而是认为在现实中可以探寻其发展历史。事实上，在现代生物技术体系中，生物工程的发展经历了四个主要的发展阶段。 食品与饮料的生物技术生产众所周知，像烤面包、啤酒与
《工业工程专业英语》 课文翻译 专业：工业工程 学号：11208401 姓名： 指导教师：赵，， 2014年12月
4.2 ERP系统的发展过程 现在，ERP系统无处不在，不仅应用在大型业务中，目前还由运营商们改良后应用在中小企业中。我们需要通过理解ERP系统及其当前体系结构的历史和发展来说明其发展变迁的成果。ERP的优点和缺点会影响它对市场的渗透，系统供应商已经为ERP的推动做好了市场定位和总体策略方面的准备。ERP系统在新的世纪中的应用和发展将依赖于其对客户关系管理、供应链管理一起其他拓展功能的扩充，还有与网络应用的结合。 简介 由微电子、电脑硬件和软件系统驱动的信息和交流的前所未有的增长影响了各种组织的电脑应用的方方面面。同时，公司环境与职能部门日益结合，需要为决策提供越来越多的内部功能数据流，包括及时有效的产品部件的供给、库存管理、清算账目、人力资源以及产品和服务分配等。在这样的条件下，组织管理者需要一个有效的信息系统来降低成本并优化物流，从而提高竞争力。无论是大企业还是中小企业，大家一致认为在复杂的全球化竞争中，及时获得正确的信息的能力能够给企业带来巨大的回报。 从19世纪80年代末到90年代初开始的新的软件系统作为企业资源规划应用在复杂的大型商业企业中从而在工业界中被人们所周知。这种复杂而昂贵，强力而专有的系统供不应求，而且需要根据企业的需求量身定制。很多情况下，ERP实施人员要企业重新设计他们的商业流程来调节软件模型中的物流，从而得到整个企业的数据流。与旧的、传统的自我内部设计的企业专门系统不同，这种软件解决方案结合了多种模型的商业附加包，在需要的时候可以作为附件添加到系统中或者从中删除。 电脑性能的显著提高以及网络给ERP的供应商和设计者们带来的前所未有的挑战，打破了企业与客户定制的隔阂，还包含超出企业内部网络的合作，外部系统需要通过网络来无缝连接。供应商已经许诺了许多的附加功能包，他们中的一些人已经在市场上表现出对这些挑战的接受态度。将产品不断再设计以及在ERP市场中推出新产品和方案是一个永不终止的过程。ERP运营商和客户以及认识到了将其附件按照开放的原则设计，提供可互换的模型，以及容许更简单的定制和客户交流的必要性。 ERP系统定义 企业资源规划系统或企业系统是业务管理软件系统目前，包括模块配套功能区，如计划，制造，销售，市场营销，分销，会计，金融，人力资源管理，项目管理，库存管理，服务，维修，运输和电子商务，架构软件便于模块的透明集成，提供企业内的所有功能之间信息。在运输和电子商务。该架构软件便于模块的透明集成，提供数据流包括良好的企业内的所有功能之间的信息以及与合作公司与通过更换或重新设计实现一个单一的集成系统，其大多是不兼容的传统信息系统。美国生产与库存管理协会（2001）这样定义了ERP系统：“针对物资资源管理、人力资源管理、财务资源管理、信息资源管理集成一体化的企业管理软件。”我们从出版物中摘录了几种定义来更好的解释这个概念：“ERP包含了一个商业软件包，它可以通过企业的财务、清算、人力资源、供应链和客户信息来使数据流无缝结合”（Davenport，1998）。“ERP是将一个组织中的财务和其他信息以及基于信息的流程整合在一起的信息配置系统。”（K&VH,2000）。“一个数据库、一个应用和一个贯穿整个企业的统一界面”（Tadjer，1998）。“ERP系统是为了运作一个组织的业务方便的集成和实时计划、生产，以及客户反馈而设计的基于电脑的系统（OLeary，2001）”。 ERP系统的发展
果粒橙 图解:译文“蓝色” Unit 6 The Principle of PCM PCM原理 Pcm is dependent on three separate operations, sampling, quantizing, and coding. Many different schemes for performing these three functions have evolved during recent years, and we shall describe the main ones. In these descriptions we shall see how a speech channel of telephone quality may be conveyed as a series of amplitude values, each value being represented, that is, coded as a sequence of 8 binary digits. Furthermore, we shall prove that a minimum theoretical sampling frequency of order 6.8 kilohertz(khz) is required to convey a voice channel occupying the range 300 HZ to 3.4 Khz. Practical equipments, however, normally use3 a sampling rate of 8 khz, and if 8-digits per sample value are used, the voice channel becomes represented by a stream of pulses with a repetition rate of 64khz. Fig .1-1 illustrates the sampling, quantizing, and coding processes. PCM的构成依赖于三个环节，即采样、量化和编码。近年来，人们对这三个环节的实现提出了许多不同的方案，我们将对其中的一些主要的方案进行讨论。在这些讨 论中，我们会看到话路中的语声信号是如何转换成幅值序列的，而每个幅值又被编码，即以8位二进制数的序列表示。而且，我们将证明，为了转换频率范围为300HZ— 3.4KHZ的话路信号，理论上最小采样频率须为6.8khz。但是，实际设备通常用8khz 的采样速率，而如果每个样值用8位码的话，则话路是由一个重复速率为64khz的脉 冲流来表示的。图1-1表示了采样、量化、编码的过程。 Reexamination of our simple example shows us that the speech signal of maximum frequency 3.4khz has been represented by a signal of frequency 64khz. However, if only 4-digits per sample value had been used, the quality of transmission would drop, and the repetition rate of the pulses would be reduced to 32khz. Thus the quality of transmission is dependent on the pulse repetition rate, and for digital communication systems these two variables may be interchanged most efficiently. 让我们再研究一下上面提到的简单例子。可以看出，最高频率为3.4khz的话音信号适用64khz的（脉冲流）信号来表示的。但是，如果每个样值中用4位（码）表示，则传输质量会下降，而脉冲的重复速率也将减小到32khz。因而传输质量是取决于脉 冲重复速率的。对于数字通信系统，这两个量之间极明显的互相影响着。 Digital transmission provides a powerful method for overcoming noisy environments. Noise can be introduced into transmission patch in many different ways : perhaps via a nearby lightning strike, the sparking of a car ignition system, or the thermal low-level noise within the communication equipment itself. It is the relationship of the true signal to the noise signal, known as the signal-to-noise ratio, which is of the most interest to the communication engineer.Basically, if the signal is very large compared to the noise level, then a perfect message can take place; however, this is not always the case. For example, the signal received from a
采矿工程专业英语词汇 册 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
采矿工程专业英语词汇手册 （Glossary of Special English in Mining Engineering ） 采矿工程专业内部讲义 二零零七年三月 Content Chapter 3 .1 Mining method (2) Chapter 3.2 Mine preplanning (3) Chapter3.3 Mine development (4) Chapter 4.1 Wall mining introduction (5) Chapter 4.2 Ground control aspects ..... (6) Chapter 4.3 Roof support system (7) Chapter 4.4 Longwall coal-getting machine (8) Chapter 4.5 Convey system (8) Chapter 4.6 Mine Vetilation (10) Chapter 5 Pillaring system (11)
Chapter 6 Roadway excavation and support (12) Chapter 7 Novel methods of mining (16) Chapter 3 .1 Mining method
mining method 采矿方法；mining operation 采矿作业；transportation 运输；ventilation 通风； ground control 顶板管理；the cost of per ton of coal 吨煤成本； recovery 回采率； subside v. subsidence n.地表沉陷； subsidence control 地表沉陷控制 cover 覆盖层； overburden 上覆地层；immediate roof 直接顶； floor 底板； dip （Pitch）倾角；hardness 硬度； strength 强度； cleavage 解理；gas，methane 瓦斯 daily operation 日常工作single operation 单一工序unit operation 单元作业auxiliary operation辅助作业cutting n. 切割，掏槽；blasting n. 爆破 loading n. 装煤 haul v. 运输，搬运 drainage n.排水 power n. 动力 power Supply 动力供应 communication n. 通讯lighting n.照明。 disruption in production 停产； reduction in production 减产； compromise 折衷 room and pillar 房柱式
生物工程生物技术专业英 语翻译二 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
第二章生长与代谢的生物化学 前言 一个微生物以生产另一个微生物为目的。在某些情况下，利用微生物的生物学家们希望这样的情况能够快速频繁的发生。在另外一些产物不是生物体自身的情况下，生物学家必须对它进行操纵使微生物的目标发生变化，这样以来，微生物就要努力的挣脱对它们繁殖能力的限制，生产出生物学家希望得到的产物。生物体的生长过程及其生产出的各种产物与微生物代谢的本质特点是密不可分的。 代谢过程是两种互相紧密联系又以相反方向进行的活动过程。合成代谢过程主要是细胞物质的生成，不仅包括构成细胞的主要组成物质（蛋白质、核酸、脂质、碳水化合物等等），同时也包括它们的前提物质——氨基酸、嘌呤与嘧啶、脂肪酸、各种糖与糖苷。合成代谢不是自发进行的，必须由能量所推动，对大多数微生物来说，是通过一系列的产能分解代谢过程来供给能量。碳水化合物分解为CO2和水的过程是最为常见的分解代谢反应，然而微生物以这样的方式还能够利用更大范围的还原性含碳化合物。分解代谢与合成代谢所有微生物生物化学的基础，可以从两者的平衡关系或者分别对它们进行讨论。 实际中，我们要有效的区分那些需要空气中的氧进行需氧代谢的生物与那些进行厌氧代谢的生物。还原性含碳化合
物与O2反应生成水和CO2，这是一个高效的放热反应过程。因此，一个进行需氧代谢的生物要使用一小部分底物进行分解代谢以维持某一水平的合成代谢，即成长过程。对于厌氧型生物，其底物的转化的过程基本上是一个不匀称的反应（氧化还原反应），产生很少的能量，因此，大部分底物都要被分解从而维持一定水平的合成代谢。 在生物体中这种差别能够明显的体现出来，比如酵母，它属于兼性厌氧生物，即它可在有氧条件下生长也可在无氧环境下生存。需氧酵母使糖以同样的速度转化为CO2和水，相对产生高产量的新酵母。而厌氧条件下，酵母菌生长缓慢，此时酵母被有效的转化为酒精和CO2。 代谢与能量 分解代谢与合成代谢间的有效联系在于，各种分解代谢过程促进少量反应物的合成，而后又被用来促进全面的合成代谢反应。在这种重要的中间产物中，其中最为重要的是ATP，其含有生物学家所说的“高能键”。在ATP分子中，酐与焦磷酸残基相联。高能键在水解过程中所产生的热量就被用来克服在其形成过程中需要摄入的能量。像ATP这类分子，为细胞提供了流通能量，当将ATP用于生物合成反应时，其水解产物为ADP（腺苷二磷酸）或者某些时候为AMP（腺苷一磷酸）：（反应式）
第一章 IE中的角色 工业工程是新兴的经典和新颖的将计算解决复杂和系统性的问题，在今天的高度科技世界职业之一。，特别是在中国快速发展的经济和其作为世界制造业中心的演技，为IE浏览器的需求将增加，并不断扩大和迫切。 生产系统或服务系统，包括输入，转换和输出。通过改造，增加值的增加，系统的效率和效益都有所提高。转化过程中所使用的技术和管理科学以及它们的组合依靠。 管理生产系统的服务体系，是一个具有挑战性和复杂的，行为科学，计算机和信息科学，经济，以及大量的主题有关的基本原则和技术，生产和服务系统的技术。 对于IE毕业生的需求 工业工程课程设计准备的学生，以满足未来中国的经济和和谐社会建设的挑战。许多即毕业生（IES），事实上，设计和运行现代制造系统和设施。其他选择从事服务活动，如健康，?ìcare交付，金融，物流，交通，教育，公共管理，或咨询等。 为IE毕业生的需求比较旺盛，每年增长。事实上，对于非法入境者的需求大大超过供给。这种需求/供给不平衡是为IE大于其他任何工程或科学学科，并预计在未来多年存在。因此，over165大学或学院于2006年在中国开设了IE浏览器程序。 教科书的目标 这本教科书的主要目的是引入系统化的理论和先进的技术和方法，工业工程，以及他们的英语表达有关科目。教科书的另一个目的是加强和改进学生，AOS与工业工程专业英语文献的阅读和理解能力。 工程与科学 怎么这两个词，?úindustrial，?ùand，?úengineering，?ùget相结合，形成长期，?úindustrial工程，非盟是什么？工业工程和其他工程学科之间的关系，企业管理，社会科学？为了了解工业工程的作用，在今天，AOS经济和知识为基础的的时代，它是有利于学习，希望在IE的演变历史的发展，有许多半途而废写历史发展的工程。治疗本单位是短暂的，因为我们的利益，在审查工程发展的意义，尤其是作为一个专业工业工程的，更完整的历史参考。工程与科学发展并行，相辅相成的方式，虽然他们是电机始终以同样的速度，而科学是有关基本知识的追求，工程与科学知识的应用关注问题的解决方案，并，?úbetter生活的追求，?ù.Obviously，知识不能被应用，直到它被发现的，一经发现，将很快投入使用，在努力解决问题，工程在新知识的地方，提供反馈，以科学因此，科学和工程工作在手的手。 工程应用 - 工具 虽然“科学”和“工程”各有特色，为不同学科，在某些情况下，?úscientist，非盟和?úengineer，非盟可能是同一个人。这是在更早的时候，尤其是当有很少沟通的基本知识的手段。发现知识的人也把它用。 当然，我们也想到如此出色的成绩，在埃及的金字塔，中国长城，罗马的建设项目，等等，当我们回顾早期的工程成就。这些都涉及一个令人印象深刻的应用程序的基本知识。 正如根本，但是，不作为众所周知的成就。斜面，弓，螺旋状，水车，帆，简单的杠杆，以及许多其他方面的发展都非常希望在工程师，AO努力提供更好的生活。 工程的基础 几乎所有的工程发展到1800年之前与物理现象：如克服摩擦，起重，储存，搬运，构造，紧固后的发展，关注与化学和分子现象：如电力，材料，热加工工艺性能，燃烧，和其他的化学过程。 几乎所有的工程发展的基本原则是在数学方面取得的进展。，准确地测量距离，角度，重量和时间的程序进行了细化，实现了更大的成就。
A business survives and thrives on information: information within the organization and information changed with suppliers, customers,and regulators. Moreover, the information needs to be consistent, accessible, and at the right location. We consider information in four forms-voice, data, image, and video-and the implications of distributed requirements. The term voice communications refers primarily to telephone related communications. By far the most common form of communication in any organization and for most personnel is direct telephone conversation. The telephone has been a basic tool of business for decades. Telephone communications has recently been enhanced by a variety of computer-based services, including voice mail and computerized telephone exchange systems. V oice mail provides the ability to send, forward , and reply to voice messages nonsimultaneously , and it has become a cost-efficient tool even for many midsize organizations. It provides saving on answering machines and services as well as more responsive service to customers and suppliers. Advances have also been made in computerized telephone exchange systems, including in-house digital private branch exchanges(PBX) and Centrex systems provided by the local telephone company. These new systems provide a host of features, including call forwarding, call waiting, least-cost routing of long-distance calls, and a variety of accounting and auditing features. The term data communications is sometimes used to refer to virtually any form of information transfer other than voice. It is sometimes convenient to limit this term to information in the form of text(such as reports, memos, and other documents) and numerical data(such as accounting files). The rapid changes in technology have created fresh challenges for management in making effective use of data communications. We will briefly outline the changes in technology in transmission, networks, and communications software that present the manager with new powerful business tools but also the necessity of making choices among complex alternatives. 一个企业生存和蓬勃发展的信息：在改变与供应商，客户和监管机构的组织和信息的信息。此外，对信息的需求是一致的，访问，并在合适的位置。我们认为，在四种形式的语音，数据，图像，视频和分布式需求的影响的信息。 长期的语音通信，主要是指以电话相关的通讯。迄今为止最常见的沟通形式中的任何组织和大多数工作人员是直接的电话交谈。电话已几十年来的基本的业务工具。电话通讯最近已加强各种以计算机为基础的服务，包括语音邮件和程控电话交换系统。语音信箱提供的能力，发送，转发和回复语音邮件nonsimultaneously，它已成为一个成本效益的工具，甚至许多中小型组织。提供节省答录机和服务，以及更快捷的服务客户和供应商。程控电话交换系统，包括内部数字专用分支交换机（PBX）和本地电话公司提供的Centrex系统也取得了进展。这些新系统提供主机的功能，包括呼叫转接，呼叫等待，长途电话的最低成本路由，各种会计和审计功能。 长期的数据通信有时被用来指几乎任何其他信息传输比语音形式。有时可以很方便限制这个术语在文本形式的信息（如报告，备忘录和其他文件）和数字数据（如会计档案）。已创建管理新的挑战，在有效地利用数据通信技术的迅速变化。我们将简要概述在传输技术的变化，网络和通信软件，经理提出新的强大的商业工具，但也使复杂的替代品之间的选择的必要性。
英语材料 1采矿专业英语 1 概述 1 mining 采矿 2 underground mining 地下采矿 3 open cut mining, open pit mining, surface mining 露天采矿 4 mining engineering 采矿工程 5 mining technology 采矿工艺 6 underground mining 地下矿山 7 surface mining 露天矿山 8 exploitation 开采 scope of exploitation 开采范围； 9 10 exploration 勘探 11 mine feasibility study 矿山可行性研究 12 mine capacity 矿山规模 13 mine production capacity 矿山生产能力 14 mining schedule 采矿计划 15 annual mine output 矿山年产量 16 mine life 矿山服务年限 17 mine construction 矿山基本建设 18 mine construction period 矿山建设期限 19 arrival at mine full capacity 矿山达产 20 mining intensity 开采强度 21 rock mechanics 岩石力学 22 rock mass mechanics 岩体力学 2 地质
1 crust 地壳，外壳 mineral deposit 矿床 2 mine field 矿田 3 mine 矿山 4 orebody 矿体 blind orebody 盲矿体；buried orebody 隐伏矿体； irregular-shaped orebody 不规则矿体；marginal orebody 边缘矿体 5 vein 矿脉 6 ore 矿石 7 grade 品位 geological grade 地质品位；average grade 平均品位； cut-off grade 边界品位；economic grade 经济品位 8 industrial ore 工业矿石 9 extracted ore 采出矿石 10 hanging wall 上盘 11 footwall 下盘 12 bedrock 基岩 13 mineralization 成矿作用 14 mining area 矿区 15 outcrop 露头 16 reserve 储量 ore reserve 矿石储量；proved reserve 探明储量 17 strike 走向 18 dip 倾向 dip angle 倾角； 19 lead 铅 20 aluminium 铝 21 zinc 锌 22 tin 锡 23 mercury 汞