1、化机专业英语教案第一部分 机械基础知识第一单元 系统平衡的一般条件参考译文： 在这一部分，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，作用在处于静止的物体上的所有作用力之和必须为零。但是，请注意，此定律并未提及作用力的力矩或者旋转作用。很明显，总力矩必须为零，另外，物体可以旋转。 这时的基本问题是：最初所表达的牛顿第一定律（和第二定律）只适用于可以忽视大小和质量不为零的非常微小的物体和质点。但是它可以扩展到如下有限大小的物体上。 考察一个由两个质点构成的系统，f1和f2是它们之间相互作用力（图1.1 一个力系）。这些力被称为内力，它们是因为系统内
2、物体间的相互作用而产生的。假定内力服从于牛顿第三定律，我们知道f1=-f2。假设还有像F1,F2和F3这样因为系统外物体而产生的作用于这些质点的作用力。这些力被称作外力。很明显，因为这些质点可以忽略大小，作用于特定质点的力必须具有同样的作用点。 我们要说的是：如果系统内每一个质点都处于平衡，则系统就是平衡的。既然这样，根据牛顿第一定律，作用于每个质点的所有力之和必须为零，对于质点A，我们可得FA = F1 + F2 + f1 = 0而对质点B，则有 FB = f2 + F3 = 0作用于系统的总力为 F = FA + FB = F1 + F2 + F3+ f1 + f2 = 0现在，我们考察对
3、某点P的作用力的总力矩，参见图1.1，我们可得Mp = r1(FA) + r2(FB)但是FA = FB = 0；因此如前所述，总力矩也必须是零。 因为f1和f2有相同的作用线，所以，这个力矩条件可以重新写作Mp = r1(F1 + F2 + f1 + f2) + r2F3但是f1=-f2，所以力和力矩条件变为 F = F1 + F2 + F3 = 0 以及 Mp = （r1F1）+（r1F2）+（r2F3）= 0 换句话说，如果系统处于平衡状态，作用于系统的外力之和是零并且这些作用力对任意点的力矩之和也是零。因为消去了内力的作用，所以不需要考虑内力。 尽管我们无需检查这样的细节，如果内力都服
4、从牛顿第三定律，对于一个由许多质点构成并且有许多外力作用其上的系统，应该很容易看出前面的结果。尤其是，这些结果也适用于有限尺寸的物体，因为这样的物体可以认为是由大量微体或质点构成。因此，我们可以得出如下的通用平衡条件：如果系统处于平衡，则F = 0 并且 Mp = 0 （1.1）此式中，F是作用于系统的所有外力之和，Mp是这些外力对任意一点的总力矩，包括可能起作用的任意力偶矩。 式（1.1）是平衡的必要条件；也就是如果系统平衡，必须满足这些方程。它们一般不是平衡的充分条件；满足这些方程并不保证系统会处于平衡状态。但这只对我们处理的已知是平衡的系统是毫无困难的。式（1.1）对刚性体的平衡既是必要
5、条件也是充分条件。证明它们是充分条件需要运用牛顿第二定律和超出本文水平的其它知识。 重要的是要指出，式（1.1）适用于任意平衡系统，而不管组成该系统的物质是什么。例如，它们适合于静止的流体，同样适于固体。它们也用于处于某种条件下的运动系统，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于匀速运动的质点也适于静止的质点。例如，式（1.1）适合于匀速直线运动而无旋转的物体，并且适合于围着一个固定的穿过它的质心的轴匀速旋转的物体。典型例子就是处于匀速直线水平飞行的飞机和以匀速绕着电动机旋转的皮带轮（滚筒）。但是，包含了任意运动类型的问题通常归入动力学的内容。 当用分量形式表示，式（1.1）
6、变为六个标量方程Fx = 0 Fy = 0 Fz = 0Mpx = 0 Mpy = 0 Mpz = 0 这些方程可以用于系统受力分析，解决涉及外力和力偶作用的未知信息。因为有六个方程，所以我们通常能解决六个未知量。如果关于外力和力偶的所有未知量都能通过平衡方程确定，此问题就可以称为静定的。如果不是这样，就称为超静定的。 在一个问题中，当未知量超过了平衡方程数量时，通过考察多个质点的力矩而试图获得额外的方程是有吸引力的。遗憾的是，这样的方法无法实现（不起作用）。重点词汇：1.equilibrium 平衡 2.force 力，作用力 3.couple 力偶 4.moment 力矩5.interna
7、l 内部的 6.hold for 适用于 7.arbitrary 任意的，武断的ponent 组成，分量 9.scalar 标量 10.vector矢量 11.finite悠闲地12.equation 方程 13.velocity 速度 14.statically determinate 静定的15.magnitude 大小，量级 16.inverse 相反的难句长句： Although we shall not go through the details, it should not be too difficult to see that the preceding results ho
8、ld for a system consisting of any number of particles acted upon by any number of external forces, provided the internal forces obey Nowtons third law.尽管我们无需检查这样的细节，如果内力都服从牛顿第三定律，对于一个由许多质点构成并且有许多外力作用其上的系统，应该很容易看出前面的结果。 作业：课堂：P4 2，6题课后：P4 4，5题第二单元 应力和应变参考译文：1.材料力学简介材料力学是研究受到各类负载的固体行为的应用力学的一个分支。该研究领域有
9、许多名称，包括“材料强度（力学）”以及“可变形体力学”。本书中涉及的固体包括受轴向载荷的杆，轴，梁和柱以及这些部件组装而成的结构。通常，我们的分析对象是应力，应变的测定，以及由负载产生的变形；如果能找到从所有负载升至破坏载荷的数值，我们就能获得物体机械行为的完整图景。 理论分析和实验结果对材料力学的研究同等重要。很多时候，我们要进行逻辑推导从而获得预测机械行为的公式和方程，但同时，我们必须意识到：如果不知道材料的某些性质，这些公式不能在实际中应用。对我们而言，这些性质只有在实验室中进行适宜的试验后才有效。工程上的很多重要问题也不能只通过理论手段有效处理，而实验测定就成为实际需要。材料力学的发展
10、历史是理论核试验的有趣结合，在一些情况下是实验指明了得到有用结果的道路，在另一些情况下则是理论来做这些事。尽管他们没有开发出足够多的理论（按今天的标准）去解释他们的实验结果，但像Leonardo da Vinci（1452-1519）和Galileo Galilei(1564-1642)这样的名人进行试验，确定线，棒和梁的强度。与之相反，著名数学家Leonhard Euler（1707-1783）研究出了柱体的数学理论，并且在1744年计算出了一个柱体的极限载荷，而很久以后才有实验证明其结果的重要性。因此，尽管今天这些理论构成了柱体理论的基础，但Euler的理论结果在许多年间都未被采用。 在我
11、们继续深入研究对象时，将理论推导和试验已确定的材料性质结合起来的重要性很明显。在这一部分，我们将从讨论一些像应力和应变这样的基本概念入手，然后研究受到拉伸，压缩，剪切的简单结构单元的行为。2.应力 应力和应变的概念可以通过研究拉伸等截面棒（见图1.4(a)）的基本方式加以说明。等截面棒是一个在全部长度和中轴上具有恒定截面积的物体。本说明中，假定在棒体末端施加轴向力P的载荷，P对棒产生均匀的伸长或张力。在垂直于轴的方向上对棒进行人工切割（mm部分），我们可以将该棒的一部分作为自由体（见图1.4(b)）。在右端使用张力P，在另一端有些力表示离开的那部分棒对剩下这部分的作用。这些力连续分布在横截面上
12、，类似于一个浸没表面上静水压力的连续分布。该作用力在单位面积上的强度就被称为应力，并且一般用希腊字母表示。假设张力均匀分布在横截面上（见图1.4(b)），我们很容易看出其合力等于强度乘以棒的截面积A。并且，由图1.4(b)中表示的物体的平衡，我们也可以看出合力在数量上必须等于力P，而在方向上相反。因此，我们得到 = P/A (1.3)作为可变形棒中均布应力方程。此方程表示应力单位是力除以面积例如，牛顿每平方毫米或者磅每平方英寸。当棒体受力P作用伸长时，如图所示，产生的应力就是张应力（拉伸应力）；如果作用力的方向相反，使棒体被压缩，它们就被称作压应力（压缩应力）。 方程（1.3）能够有效地必要条
13、件是应力必须均布于棒体横截面。如果轴向力P的作用穿过横截面的质心，此条件就可以实现，同样能够由静力学加以证明。如果载荷P没有作用于质心，结果就是棒体产生弯曲，并且需要更复杂的分析。但是，本书中假定所有的轴向力如果没有特别说明都是作用在横截面的质心。如果没有特别说明，通常假定忽略物体本身的重量，图1.4中讨论的棒体亦然。3应变一个受到轴向力的棒体所产生的总伸长率用希腊字母（见图1.4(a)）表示，并且每单位长度上的伸长率（应变）由下式确定： =/L (1.4)式中：L是棒体总长度。注意应变是一个无量纲的量。只要应变均布于棒体全长上，就可以通过方程（1.4）精确获得应变。如果棒体处于拉伸应力中，应
14、变就是拉伸应变，表示伸长率或材料的伸长；如果棒体处于压缩中，应变就是压缩应变，这就意味着棒体相邻的横截面彼此移动更紧密。重点词汇：1.stress 应力 2.strain 应变 3.beam 梁 4.derivation 推导 5.shear 剪切6.denote 表示 7.centroid 矩心，重心，形心 8. elongation 伸长 9.mechanics 力学10.hydrostatic静水力学 11.fundamental 基本的难句长句： At the right hand end the tensile force P is applied, and at the other
15、 end there are forces representing the action of the removed portion of the bar upon the part that remains.在右端使用张力P，在另一端有些力表示离开的那部分棒对剩下这部分的作用。作业：1.课堂： P11 2，6题2.课后： P11 4，5题第二部分 金属材料第六单元 金属 参考译文： 现有的大约四分之三的元素可以归入金属，并且这些金属中至少有一半都有一定的工业或商业重要性。根据严格定义，尽管金属这个词仅限于纯的金属元素，但通常的应用将其范围扩展至合金。而纯金属元素有很多特性，但商业应用的特
16、性却相当有限。由两种或更多元素结合而成的合金用途很多，并且正因为如此，工业上使用的绝大多数金属都是此种形式（合金）。 金属材料是结晶固体。单个晶体由以规整模式重复排列的晶胞组成，形成一个三维晶格结构。一块金属就是成千上万相联晶粒的集合体，而这些晶粒沉浸在脱离晶体原子而带负电的电子所形成的电子云中。这些松散的电子用来维持晶体结构完整，因为它们对带正电荷的金属原子有静电引力。因为金属结晶结构的密集性，使得其键力（结合力）很大，这也解释了一般金属优良的机械性质。电子云也使得绝大多数金属是优良的导热和导电体。 常常用生产它们的应用形式的技术来区分金属。而当金属以固态或可塑状态形成或成型，它就被当做可锻
17、金属。将液态金属浇入模具而成型的金属被当做铸造金属。 金属材料有两个家族：黑色金属和有色金属。所有黑色金属的基本成分是铁元素。这样的金属从铸铁和碳钢（含铁90%）到含有各种其他元素的特种铁合金，这些元素的添加量几乎达到总组成的一半。 除了商用的纯铁，所有的含铁材料（铁和钢）都被当作主要的碳铁合金。尽管含碳量很小（钢材中小于1%，铸铁中不超过4%）并且常小于其他合金元素，但它还是开发和控制（材料）机械性能的关键因素。 根据定义，不将铁作为其主要成分的金属材料被当作有色金属。大约有12种有色金属有相对广泛的工业用途。最上端的是铝，它是今天仅次于钢材的用途最广泛的结构金属。它和镁，钛以及铍常被当做是
18、轻金属，因为它们的密度远低于钢材。 铜合金是消耗量居第二位的有色金属。铜合金又有两大类：黄铜和青铜。黄铜主要是铜和锌的二元合金。青铜最初是铜锡合金，今天，青铜包括了其他的铜合金。 熔点低于800F（427）锌，锡，铅和锑常被归入低熔点合金。主要用于压模铸造的锌在总消耗量上位于铝和铜之后的第三位。铅和锡因其低熔点和其它特殊性质而在应用上相当有限。 其它一大类有色金属被称作是难熔（耐火）金属。这类金属有钨，钼和铬，其熔点高于3000F（1649），通常被用于生产必须承受高温的产品。 最后是贵金属或稀有金属，其一般特征是价格高昂。此外，它们一般具有很强地抗腐蚀性，很多有用的物理性质以及很高的密度。重
19、点词汇：1.alloy 合金 2.crystal 结晶 3.valence 化合价 4.conductor 导体5.aluminum 铝 6.magnesium 7.beryllium 铍 8.copper 铜9.tin 锡 10.zinc 锌 11.lead 铅 12.antimony 锑13.tungsten 钨 14.molybdenum 钼 15.chromium 铬 16.negative 负的17.positive 正的 18.consumption 消耗量 19.rust 铁锈 20.bend 弯头21.metallurgy 冶金 22.creep 蠕变 23.furnace 加
20、热炉 24.magnetic 磁性的难句长句：1Metals are often identified by the method used to produce the forms in which they are used.常常用生产它们的应用形态的技术来区分金属。 2.A piece of metal is an aggregate of many thousands of interlocking crystals(grains) immersed in a cloud of negative valence electrons detached from the crystalsa
21、toms. 一块金属是成千上万相联晶粒的集合体，而这些晶粒都沉浸在从晶体原子中脱离出来的带负电的价电子云中。作业： 1.课堂 P36 3，4题 第七单元 材料的属性参考译文： 用做工程部件的任意材料的极限强度取决于该金属经过一次或多次不同加工过后的机械和物理性能。对任意特定的加工过程，决定初始状态下材料的适用性也有几个性质。纯净原材料的初始强度是重要的，因为初始强度会影响到将材料变形为所需形状的困难程度，并且最终影响其工作时的承受负载能力。增强或减弱初始材料强度的因素可能是同等重要的。充分减弱材料强度，使其能用有效的机器容易地成型，或者有选择地增加人造部件的最终强度从而确保其更加耐用，这两点可
22、能都是所需要的。强度是一种重要术语，此处我们可以理解为表明材料接受或抵制变形的能力。 对任意的材料，有个类似的变量用于描述其更难以捉摸的性质，即，材料的韧性，这通常可以理解为表示材料承受很剧烈的变形（主要是拉伸）而没有破裂的能力。再次考察制造过程，这个参数有个很大的值很明显是有益的。许多金属加工过程仅受限于材料被加工时的有效韧性，所以施加于材料的变形量必须限于避免破裂。但是也有一些加工过程需要低韧性。一类对这种性质的合适名称是脆性；例如：众所周知，某些脆性材料要比韧性材料更适合于用车床加工或剪切。 在加工期间，主要是像强度和韧性这样的性质的相互作用，影响着生产的工艺。例如，多数金属在加热时会变
23、软并且更容易变形已经成为常识。但是，如果变形的速度也很大，这个优点会失去，并且材料可能变得很硬或很脆以至于快速变形导致破裂。此种效应的发生和量级在某种程度上取决与材料的微观结构，对于本书主要课题的任何理解都需要金属冶炼或相应的非金属微观结构知识，也就是材料力学。实际上，本章最初讨论的目标就是说明材料的这些性质在加工期间和加工过后都是重要的，明白其重要性和它们如何影响加工工艺。很明显需要更有比“强度”和“韧性”更精确的术语，并且本章中将要考虑标准机械（力学）试验的一些内容来查看是否有可能更准确地定义这些概念。当然，要做到这些也需要有塑性数学理论或理想物质流变学的知识。 一旦定义和理解了加工中各种
24、重要性质，考察这些知识如何用于控制工艺和产品，这些性质如何受到不同生产工艺的影响就成为了可能。这样，决定最能适合给定部件和材料以便于产生所需的最终形状，强度和性质的加工技术就更容易些。因此，也就能理解，为何该学科被冠以材料力学是如此重要，它不仅涉及到任意人造工程制品中材料的最终状态，还涉及最终成型之前的材料。 例如，考虑改变一个加工部件的形状或材料以适应有效地生产技术是相关的。这样的问题超出了本书的范围，并且完全属于更专业的制造设计或制造工程领域。在最终分析中，任何成功的制造工艺必须在经济上是合理的，并且经济因素总被作为高优先级因素。制造成本从一开始就很重要，也就是从一个部件被规定在一定生命周
25、期内为满足某种功能开始，直到最后的检验，试验和保用。制造全过程都伴有部件的设计和生产，特别是它们会以这样的方式影响材料的最终强度。 有一些物理和化学性质会影响到加工中材料的选择和处理。物理性质的例子就是热导率在材料被变形的同时会影响材料内热量的流动，并因此影响冷却和硬化的速率。类似地，一个众所周知的化学性质的重要例子就是抗腐蚀性。其重要性在最终产品中是很明显的，并且在制造过程中也是相当重要的，因为它有时会影响表面膜的形成，而这些膜又会影响润滑性或导热导电性。重点词汇：1.ductility 韧性 2.brittleness 脆性 3.interplay 相互影响 4.outset 开始5.re
26、alm 领域 6.concept 概念 7.rheology 流变学 8.fracture 破裂9.manufacture 制造，加工 10.deformation 变形 11.inspection 检验，探伤12.entitled 题名为 13.conductivity 传导率 14.friction 摩擦，摩擦力15.yield 屈服，产出 16.stock 原料，股票 17.phenomenon 现象，征兆18.diffusion 扩散，发散 19.turbine 透平 20.rupture 破裂，断裂 21.crack 断裂难句长句：1.The initial strength fo
27、the virgin material is important, because that strength will affect the ease with which it can be deformed into its required shape and finally, its ability to resist loads during service.纯净原材料的初始强度是重要的，因为初始强度会影响到将材料变形为所需形状的困难程度，并且最终影响其工作时的承受负载能力。2.Again considering manufacturing processes, a large v
28、alue of this parameter will obviously be beneficial.再次考察制造过程，这个参数有个很大的值很明显是有益的。3.The occurrence and magnitude of such effects as these depend in some way on the microstructure of the material, so a knowledge of the metallurgy of metals or the corresponding microscopic structure of non-metals is nece
29、ssary for any understanding of the broad subject of this book, namely the strength of materials.此种效应的发生和量级在某种程度上取决与材料的微观结构，对于本书主要课题的任何理解都需要金属冶炼或相应的非金属微观结构知识，也就是材料力学。 4.In this way it should be easier to decide the method of manufacture most able to suit a given component and material so as to give i
30、t the final shape, strength and properties required.这样，决定最能适合给定部件和材料以便于产生所需的最终形状，强度和性质的加工技术就更容易些。作业：1.课堂： P42 2，3题2.课后： P42 1题课后听写单词第八单元 工程制造过程参考译文：1.制造工艺分类 下表列出了用于成形材料的工程制造过程的分类，请注意表中只提到了典型示例。工艺类型材料状态基本工艺类别主要基本工艺工艺示例质量守恒过程固体颗粒流体机械的机械的机械的塑性变形流动和塑性变形流动锻造&轧制粉末压制铸造质量减少过程固体机械的热力的化学的塑性断裂和脆性断裂熔化和蒸发溶解燃烧车削，
31、铣削和钻孔电火花加工和切削电化学加工切削连接过程原子键合粘附固体流体（接近连接点）固体（流动填充材料）机械的机械的机械的塑性流动流动摩擦焊接氧炔焊铜焊2.制造工艺示例锻造 锻造的特征是：质量守恒，固态的加工材料（金属），力学基本工艺是塑性变形。锻造过程被广泛使用。最常见的锻造过程就是落锤锻造。金属被加热到合适的工作温度并且放置在下模腔中，上模下落，强制金属充满模腔。周围作为毛刺的多余材料从模头面间被挤出，毛边被送入后续的修整过程。当使用锻造这个术语时，通常就意味着热锻。锻造过程中的材料损失通常很小。 通常，锻造的部件需要一些后续加工，应为锻造过程得到的公差和表面经常都不能满足最终产品的要求。锻造机械包括用机械或水力驱动落锤和锻压机。这些机械包含有简单的水平运动。轧制 轧制的特征是：质量守恒，固态材料，力学基本工艺是塑性变形。轧制广泛用于板材，钢板，建筑用梁等材料的加工。通过铸造生产铸块，然后在它还是热的时候通过几次轧制将其厚度减薄。因为工件的宽度保持恒定，它的长度根据减薄（的程度）增加。在最后的热轧阶段过后，最后一步就是冷却以改善表面质量和公差，并且增加强度。轧制过程中，要设计轧机的轮廓以产生所需的形状。粉末压制 粉末压制的特征是：质量守恒，颗粒状材料，力学基本工艺是流动和塑性变形。在
