材料和熱加工
1、機械學的基本概念
功是力乘以該力作用在物體上使物體移動的距離。功用公斤·公尺來表示。1公斤·公尺等於1公斤力作用於物體上使物體移動1公尺的距離。
例如，一項工作需要提公升一台300公斤重的裝置到兩公尺半高的卡車上，那麼就需要750公斤·公尺的功。由於沒有乙個人能直接舉公升300公斤重，因此必須使用一種裝置去調節所需要的可以控制的作用力。常見的裝置是乙個斜面——在這個例子中，乙個傾斜在地面和卡車之間的承載斜板，如果斜板有10公尺長，摩擦力忽略，那麼就需要75公斤的力將機器滾上斜板。
總功仍然是750公斤·公尺（用75公斤乘以10公尺），但作用力已經被改變，於是乎其所需的最大外力僅僅是75公斤。
使所需的作用力減少，同時這個較小的作用力使所通過的距離增加，這樣的裝置被稱為力放大器。機器裝置也可放大速度和距離。掃帚就是乙個速度和距離放大器的例子。
因為它把在手柄上輸入的力和距離在掃帚的尾部轉變成較小的力和較長的距離。由於與輸入距離的同樣時間裡掃帚的尾部走過較大的距離，因此其速度也就增加了。機器裝置除了放大力和距離之外，也能改變運動的方向。
效率和機械效益是用來測定機械裝置效能的。效率定義為輸出的相對有用的機械功，它以佔輸入功的百分率來表示。效率總是要比100％小，因為運動零件之間有摩擦損失。
像剛才所舉的那部機器的例子那樣，如果某些人把該機器滾上斜板，他們可能發現那要花84公斤的力。這9公斤的差額就是需去克服滾子和軸承阻力的力。在這種情況下該機器裝置將具有89％的效率。
如果他們在沒有滾子情況下，把冷凍機滑移上斜板，所需的力可能是215公斤或更大，那麼效率就小於35％。理想機械效益是忽略摩擦損失並等於輸入力移動的距離除以負載移動的有效距離。作為力放大裝置，輸入的距離要比負載的距離大，而理想的機械效益是比1要大的。
在承載斜板例子中，該理想機械效益是4，因為該輸入距離是10公尺，（斜板長度）而有效負載移距是2.5公尺（該負載移動的垂直距離）。斜面就是乙個力放大裝置。
作為速度放大裝置，輸入距離是要比負載距離小的，而理想的機械效益亦比1要小。簡易改變運動方向的機器裝置具有乙個等於1的理想機械效益。其實際機械效益包括了摩擦損失並等於實際輸出力除以實際輸入力。
在承載斜板例子中的實際機械效益在有滾子條件下，大約是3.6，無滾子條件下，大約是1.4。
2、塑性理論的基本假設
在金屬成形中應用塑性理論的目的是要探索金屬成形的塑性變形機理。這樣，調研可提供以下的分析和判斷：（a）金屬的流動性（速度、應變和應變率），（b）溫度和熱傳導，（c）材料強度的區域性變化或流動應力和（d）應力，成形中的負載、壓力和能量。
這樣變形機理就可提供決斷：金屬如何流動，借助塑性成形可如何去獲得所希望的幾何形狀以及用成形方法生產出的零件具有什麼樣的機械效能。
為了建立金屬變形的可控制的數字模型（曲線圖形），作出以下幾個簡化的但是合理的假設：
1）忽略彈性變形。然而當必要時，彈性復原（例如，彎曲回彈情況）和加工中的彈性彎曲（例如，成形加工精度非常接近公差）定要考慮；
2）作為一種連續體來考慮材料變形（如結晶，而晶間疏鬆和位錯是不加考慮的）；
3）單向拉伸或壓縮試驗與多向變形條件下的流動應力相互有關；
4）各向異性和bauschinger效應忽略不計；
5）體積保持恆定；
6）用簡化法來表示摩擦，如用coulomb's定律法或用恆剪下應力法。這將在後面進行討論。
在壓縮應力狀態下的金屬特性更加複雜。這可以從一金屬圓柱體試樣在兩個模板之間被壓縮時怎樣發生變化的分析中可以看得出來。當工件達到金屬的屈服應力的應力狀態時，塑性變形就開始發生。
當試樣高度降低時，試樣隨著橫截面的增加而向外擴充套件。這種塑性變形在克服工件和模板的兩端之間的摩擦力中發生。該金屬變形狀態是受到其複雜應力體系所支配。
這應力體系可從單一的、單向的到三維的即三向發生變化。有乙個由模板施加的應力和有兩個由摩擦反力引起的應力。如果模板與工件間無摩擦，工件就在單向壓應力下發生屈服，正像其受到拉伸載荷作用時的情形一樣。
而且壓縮的屈服應力跟拉伸屈服應力極端一致。由於摩擦力的存在而改變了這一狀況，故需要更高的應力才能引起屈服。為了找到拉伸屈服應力與三向應力狀態下產生屈服時的應力值之間的數量關係，已經做了很多嘗試。
對於所有的金屬在三向載荷作用下的各種情況下，包括各種塑性屈服試驗情況中均未發現單一的（應力、應變）關係。已經存在的若干個建議使用的塑性屈服理論，其中每一種理論只能在一定的範圍內有效。在考慮使用這些理論之前，研究三向應力體系並創立既利用數量關係又利用**技術的解題方法，那是必要的。
對於三維應力狀態，最方便而有效的方法就是利用莫爾圓，當研究塑性屈服的各種複雜情況時，你可以很容易地運算和進行處理。
3、有限元優化的應用
在結構日益複雜的情況下，當工程師們工作時，他們需要合理的、可靠的、快速而經濟的設計工具。過去二十多年裡，有限元分析法已經成為判別和解決涉及這些複雜設計課題時的最常用方法。
因為工程中的大多數設計任務都是可定量的，所以實踐上，為了快速找到一些可供選擇的設計方案。計算機令繁瑣的重複設計過程發生了深刻的變革。但是，即使是現在，許多任務程師仍然使用人工的試湊法。
這樣一種方法使得即使是很簡單的設計任務也變得困難，因為通常它要花更長的時間，需要廣泛的人—機互動配合，且偏於用設計組的經驗來設計。優化設計是以理論數學的方法為基礎，改進那些對於工程師來說過於複雜的設計，使其設計過程自動化。如果在一部台式計算機平台上能實現自動優化設計，那就可以節省大量的時間和金錢。
優化設計的目的就是要將物件極大化或極小化，例如，重量或基頻，主要受到頻響和設計引數方向的約束。尺寸和（或）結構形狀決定著優化設計的方法。觀察一下作為零件優化設計過程，使它變得更容易理解。
第一步，包括預處理分析和後處理分析，正像慣常使用的有限元分析（fea）和計算機輔助設計（cad）程式應用。（cad的特點在於根據設計引數建立了課題的幾何圖形）。
第二步，定義優化目標和響應約束。而最後一步，反覆自動調節設計作業。優化設計程式將允許工程師們監督該設計步驟和進度，必要時停止設計，改變設計條件和重新開始。
一項優化設計程式的功力取決於有效的預處理和分析能力。二維和三維設計的應用既需要自動進行也需要設計引數的結網效能。因為在優化迴圈過程中，課題的幾何條件和網格會改變，所以優化程式必須包含誤差估計和自適應控制。
修改、重配網格和重新估算模式以期獲取特定設計目標的實現是以輸入初始設計資料開始的。接著，是規定合適的公差並形成約束條件以獲得最優結果，或最後改進設計，解決問題。為了使產品從簡單輪廓圖形到三維實體模型系統化、系列化，設計者必須廣泛接觸設計目標和特性約束條件。
為了易於確定而利用下列引數作為約束和目標函式的附加特性條件，也將是需要的：重量、體積、位移、應力，應變，頻率，翹曲安全係數、溫度、溫度梯度和熱通量。
此外，工程師們應該能夠通過多學科的不同型別的優化分析使多種約束條件結合起來。例如設計者為了應力分析，可以進行熱力分析和加熱以變更溫度，也可將多種約束條件，諸如最高溫度、最大應力和變形聯絡在一起進行研究，然後規定乙個所希望的基本頻率範圍。目標函式代表著整體模式或部分模式。
甚至更重要的是通過說明重量或者成本因素，就應該能反映該模式的各個部分的重要性。
4、金屬
當有了其他各種材料，特別是有了塑料的今天，人類為什麼仍然要使用如此之多的金屬材料呢？那是有益的嗎？通常使用一種材料，是因為它能提供所需的強度，所需要的其他效能和低廉的費用。
外觀也是乙個重要因素。金屬的主要優點是它們所具有的強度和韌性。水泥可能是比較便宜的，並常用於建築上，但就強度角度來說，即使是水泥仍然是取決於其內裡的鋼筋。
然而，並不是所有金屬的強度都高，例如銅和鋁都頗為脆弱，但如果將銅、鋁混合在一起時，結果稱為銅、鋁合金即鋁青銅，這銅鋁合金比起純鋁來強度要高得多。合金化是獲得下列所需各種特殊效能的一種重要方法：如強度，韌性，抗磨性，磁性，高電阻率或抗腐蝕性。
以不同的方法生產不同的合金，但是幾乎所有的金屬都是以金屬礦的形式（鐵礦、銅礦等）被發現的。礦石是一種由金屬與某些雜質相混合而組成的礦物質。為了用金屬礦石來生產出一種金屬，我們必須將雜質從金屬礦中分離出去，那就要靠冶煉來實現。
提煉、生產和處理金屬的種種方法，各個時代都在研究和發展，以滿足工程的需要。這就意味著存在大量的各種各樣的金屬和有用的金屬物質可供選擇利用。
5金屬和非金屬材料
在材料選擇時所遇到的最普通的分類問題，大概是這種材料是金屬材料還是非金屬材料。最普遍的金屬材料是鐵，銅，鋁，鎂，鎳，鈦，鉛，錫和鋅以及這些金屬的合金，例如：鋼，黃銅和青銅。
它們具有金屬特性：光澤，熱傳導性和電傳導性，有相應的延展性，而某些金屬還具有良好磁性。較普遍的非金屬有木頭，磚，水泥，玻璃，橡膠和塑料。
他們效能變化很大，但它們通常幾乎沒有延展性，脆弱，比金屬疏鬆，而且它們不具有導電性，具有較差的導熱性。
一種材料對於另一種材料常常借助於其物理性質來加以區別，例如顏色、密度、比熱、熱膨脹係數，電、熱傳導效能，磁性和熔點。其中某些效能比如電、熱傳導性、密度，對於物種的確定的用途來說，在選擇材料時，其重要性是擺在首位的。描述一種材料在機械應用中的表現的那些效能，對於工程師在設計中選擇材料來說，往往更為重要。
這些機械效能關係到該材料在工作中對於各種載荷怎樣地起作用。
機械效能是材料對所施加的作用力的特性反應（響應）。
這些效能主要歸結到五大類：強度、硬度、彈性、延展性和韌性。
1．強度——是材料抵抗外力作用的能力。公升降機的鋼絲繩和建築物的橫樑都必須具備這種效能。
2．硬度——是材料抵抗穿透和磨損的能力。剪下工具（剪床）必須能抗磨損。軋鋼機上的金屬軋輥必須能抗穿透。
3．彈性——是材料彈回到原有形狀位置的能力。所有的彈性材料都應具備這種性質。
4．延展性——材料承受永久變形而無裂損的能力。沖壓和成形產品必須具備這種效能。
5．韌性——是吸收所施力的機械能的能力。
強度和延展性決定著材料的韌性。有軌電車、火車車廂、汽車軸、錘子和類似的產品都需要有韌性。
6、塑料和其他材料
塑料具有特殊的效能。對於某種用途而言，這些效能使得塑料比傳統材料更為可取。例如，跟金屬相比較，塑料既有優點也有缺點。
金屬易受到無機酸的腐蝕，如硫酸和鹽酸。塑料能抵抗這些酸的腐蝕，但可被溶劑所溶解或引起變形，例如，溶劑四氯化碳與塑料具有同樣的碳基。顏色必定只能塗到金屬的表面，而它可以跟塑料混合為一體。
金屬比大多數塑料剛性要好，而塑料則非常之輕，通常塑料密度在0.9～1.8之間。
大多數塑料不易傳熱導電。塑料能緩慢軟化，而當其還是在軟的狀態時，能容易成形。
在某一溫度下塑料是處於塑性狀態的，這就使塑料具備超過許多其他材料的主要優點。它容許大量生產單位成本低廉的模制式器件，例如，各種容器。
於此，若用其他材料則需要大量勞力和往往需要很費錢的加工工藝，比如，切割、成形、加工、裝配和裝飾。
武漢理工大學
武漢理工大學 訊號分析與處理 課程設計說明書 11matlab軟體介紹 matlab是矩陣實驗室 matrixlaboratory 的簡稱，是美國mathworks公司出品的商業數學軟體，用於演算法開發 資料視覺化 資料分析以及數值計算的高階技術計算語言和互動式環境，主要包括matlab和simul...
武漢理工大學電工實習報告
目錄前言3第一章預備篇 第一部分實驗室安全用電知識4 第二部分焊接練習 第三部分常用電子元件的原理和檢測 第四部分555聲光報警器原理 第五部分555聲光報警器電路設計 第二章動手篇 第一部分555聲光報警器的製作 第二部分居家電路設計與安裝 第三篇總結體會 前言12月12日至12月16日，我們在鑑...
武漢理工大學電工實習報告
目錄1 555聲光報警器的製作 2 1.1報警器原理 2 1.2電路元器件布局與焊接 2 1.3作品展示 2 2 居家電路設計與安裝 4 2.1電路原理圖 4 2.2居家電路的設計與安裝 5 2.3作品展示 5 3流水彩燈 盒的製作 6 3.1電路原理 6 3.3流水彩燈模組的pcb製圖 6 3.4...