内河船舶船员适任培训和考试-轮机工程基础(二三管轮)

轮机工程基础

(二/三管轮)中华人民共和国海船船员适任考试培训教材目录一二辅机篇主机篇目录一辅机篇第一章机械制图基础第二章工程热力学基础第三章传热学基础第四章工程流体力学基础第五章仪表与量具第六章单位及单位换算第一章机械制图

基础4节3节2节1节基本知识物体的表达方法标准件和常用件零件图

5节装配图第一章机械制图基础第一节基本知识第一节基本知识一、机械图样图纸幅面和格式、标题栏、比例、字体、图线二、投影法与三视图（一）、投影法

中心投影法、平行投影法；正投影法的投影规律（二）、三视图

三视图的形成、投影规律、相对位置关系第一节基本知识三、点、线、面的三面投影（一）、点的三面投影（二）、直线的三面投影

（表）

点与直线的从属关系、两直线的相对位置（三）、平面的三面投影

（表）第一节基本知识四、基本体的投影（一）、平面基本体的投影

平面基本体的图样、读图

正六棱柱、正三棱锥的投影和图样（二）、曲面基本体的投影和图样

曲面基本体的图样、读图

圆柱、圆锥、圆球、圆环的投影和图样第一节基本知识五、基本体的截切（一）、平面与立体表面的截切

截交线及其性质；平面立体、曲面立体的截交线（二）、曲面基本体的截交线

圆柱、圆锥、圆球的截交线六、两曲面体的相交

相贯线及其基本性质；确定相贯线的方法；过渡线第一节基本知识七、组合体的视图（一）、组合体的组成方式及其视图特点（二）、读组合体的三视图 1.读组合体三视图的基本方法

（1）形体分析法；（2）线面分析法 2.读三视图的基本原则 3.组合体读图的一般步骤第一节基本知识八、视图上标注的尺寸（一）、视图上标注尺寸的规则 1.基本规则 2.尺寸的组成要素 3.圆、圆弧、圆球以及角度的尺寸标注（二）、基本体标注的尺寸

棱柱、棱锥、棱台、圆柱、圆锥、圆台、圆球、圆环的尺寸标注第一节基本知识八、视图上标注的尺寸（三）、组合体标注的尺寸 1.组合体应标注的尺寸 2.组合体标注尺寸的基本要求

（1）尺寸标注要完整；（2）尺寸标注要清晰 3.组合体标注尺寸应注意的几个问题 4.常见结构的尺寸标注 5.切割体和相贯体标注的尺寸第一章机械制图基础第二节物体的表达方法第二节物体的表达方法一、视图的种类及应用（一）、基本视图（二）、向视图（三）、局部视图（四）、斜视图第二节物体的表达方法二、剖视图的种类及应用（一）、剖视图 1.剖视图的形成 2.剖面符号 3.剖视图的标注 4.剖视图应注意的几个问题第二节物体的表达方法二、剖视图的种类及应用（二）、剖切面的种类

单一剖切平面、几个平行的剖切平面、几个相交的剖切平面（三）、剖视图的种类 1.全剖视图 2.半剖视图 3.局部剖视图 4.斜剖视图 5.旋转剖视图 6.阶梯剖视图 7.复合剖视图（四）、剖视图标注的尺寸第二节物体的表达方法三、断面图的种类及应用（一）、断面图及其种类（二）、移出断面图

移出断面图的概念、要求、标注（三）、重合断面图

重合断面图的概念、要求、标注第二节物体的表达方法四、轴测图（一）、轴测投影的基本知识 1.轴测图的形成 2.轴测投影的基本性质 3.轴测图的种类（二）、正等轴测图（等角投影图）（三）、斜二等轴测图（四）、轴测剖视图第二节物体的表达方法五、展开图（展开图图例）第一章机械制图基础第三节标准件和常用件第三节标准件和常用件一、螺纹（一）、螺纹的基本要素

牙型、公称直径、线数、螺距和导程、旋向（二）、螺纹的种类 1.按标准化程度分类 2.按用途分类（三）、螺纹的图样 1.外螺纹 3.内、外螺纹旋合 2.内螺纹 4.螺纹图样的一些其它规定第三节标准件和常用件一、螺纹（四）、螺纹的规定标记 1.螺纹特征代号 2.公称直径 3.螺距或导程 4.旋向 5.螺纹公差带代号 6.旋合长度代号第三节标准件和常用件一、螺纹（五）、螺纹的标注 1.公制（米制）螺纹 2.管螺纹 3.特殊螺纹和非标准螺纹 4.旋合螺纹第三节标准件和常用件二、螺纹紧固件螺栓连接螺柱连接螺钉连接（图例）第三节标准件和常用件三、键（图例）第三节标准件和常用件四、销（图例）第三节标准件和常用件五、滚动轴承通用画法特征画法规定画法（图例）第三节标准件和常用件六、齿轮（一）、直齿圆柱齿轮

单个直齿圆柱齿轮、相啮合的圆柱齿轮（二）、斜齿圆柱齿轮（三）、直齿圆锥齿轮（图例）第三节标准件和常用件七、弹簧（图例）第一章机械制图基础第四节零件图第四节零件图一、零件图的主要内容（1）一组视图；（2）完整的尺寸；（3）技术要求；（4）标题栏二、零件图的视图表达1.主视图2.其他视图第四节零件图三、零件图上标注的尺寸1.主要尺寸与非主要尺寸2.尺寸基准3.尺寸链4.应注意的问题5.零件上常见结构要素的尺寸标注

（1）圆角和倒角

（2）退刀槽

（3）键槽

（4）常见的孔第四节零件图四、零件图上的技术要求（一）、表面粗糙度 1.表面粗糙度的评价参数 2.表面粗糙度的代号

（表） 3.表面粗糙度的标注

（表）第四节零件图四、零件图上的技术要求（二）、尺寸公差 1.基本术语

（1）基本尺寸实际尺寸极限尺寸

（2）尺寸偏差上偏差下偏差

（3）基本偏差

（4）尺寸公差

（5）零线第四节零件图四、零件图上的技术要求（二）、尺寸公差 2.标准公差 3.公差带 4.孔和轴的基本偏差系列 5.孔和轴的公差带代号第四节零件图四、零件图上的技术要求（三）、配合 1.配合的分类

（1）间隙配合；（2）过盈配合；（3）过渡配合 2.基准配合制度

（1）基孔制配合

（2）基轴制配合 3.配合代号 4.零件图中标注的极限与配合 5.装配图中标注的极限与配合第四节零件图四、零件图上的技术要求（四）形状和位置公差（形位公差） 1.形位公差的分类、名称及符号 2.形位公差代号 3.图样中标注的形位公差第四节零件图五、读零件图1.读零件图的目的2.读零件图的方法及步骤（图例）第一章机械制图基础第五节装配图第五节装配图一、装配图的内容及作用（图例）第五节装配图二、装配图中的视图表达方法1.装配图中的规定画法2.装配图中的简化画法3.装配图中的特殊表达方法

（1）拆卸画法

（2）单独画法

（3）假想画法

（4）夸大画法

（5）展开画法（图例）第五节装配图三、装配图中标注的尺寸1.特性尺寸2.装配尺寸3.安装尺寸4.外形尺寸5.其他重要尺寸第五节装配图四、读装配图1.概括了解

（1）了解部件的用途、性能和规格

（2）了解部件的组成2.对视图进行初步分析3.分析工作原理和连接关系4.分析零件结构5.归纳总结第二章工程热力学基础

3节2节1节基本理论知识压缩机的热力过程蒸气压缩制冷循环

4节湿空气及其状态调节第二章工程热力学基础第一节基本理论知识第一节基本理论知识一、基本概念（一）、工质的概念及其特性（二）、热力学系统与外界开口系统、封闭系统、绝热系统、孤立系统热源、功源、质源（三）、热力学平衡态（四）、热力学状态参数第一节基本理论知识一、基本概念（五）、常见的热力学状态参数

压强、温度、体积（比体积）、

热力学能（比热力学能）、

焓（比焓）、熵（比熵）（六）、准静态过程和可逆过程

常见的不可逆因素第一节基本理论知识二、热量和功（一）、热量

热量与T-s图（二）、功

容积功与p－v图

技术功与p－v图第一节基本理论知识三、热力学第一定律（一）、热力学第一定律的实质（二）、封闭系统的热力学第一定律（三）、开口系统的热力学第一定律第一节基本理论知识四、循环及其经济性指标

动力循环（热机循环）及其热效率

制冷循环及其制冷系数

热泵循环及其供热系数第一节基本理论知识五、热力学第二定律六、卡诺循环与逆向卡诺循环七、卡诺定理

提高热能动力装置热效率的基本途径

提高制冷装置制冷系数的基本途径第一节基本理论知识八、理想气体（一）、理想气体的概念（二）、理想气体的热力性质（三）、理想气体的热力过程第一节基本理论知识九、水蒸气（一）、水蒸气的基本概念（二）、水的定压汽化过程（三）、水定压汽化过程的特点（四）、水蒸气的p－v图和T－s图第一节基本理论知识十、喷管与扩压管（一）、气流流通截面变化率方程（二）、喷管的截面变化规律

（图例）（三）、扩压管的截面变化规律

（图例）第一节基本理论知识十一、绝热节流（一）、绝热节流的典型特征（二）、绝热节流前后各状态参数的变化第二章工程热力学基础第二节压缩机的热力过程第二节压缩机的热力过程一、活塞式压缩机（一）、活塞式压缩机的示功图及耗功量

单级活塞式压缩机的工作过程、示功图、所消耗的机械功（二）、活塞式压缩机的容积效率及其影响因素（三）、多级压缩级间冷却

工作原理、最佳中间压力与最佳增压比第二节压缩机的热力过程二、叶轮式压气机（一）、叶轮式压气机的分类（二）、叶轮式压气机的工作原理（三）、叶轮式压气机的耗功（四）、叶轮式压气机的绝热效率第二章工程热力学基础第三节蒸气压缩制冷循环第三节蒸气压缩制冷循环一、蒸气压缩制冷的理想循环（一）、蒸气压缩制冷的逆卡诺循环（二）、蒸气压缩制冷的理想循环（三）、蒸气压缩制冷理想循环的制冷系数（四）、单级压缩双蒸发器的制冷循环第三节蒸气压缩制冷循环二、制冷剂p－h图的特征及应用（一）、蒸发温度对制冷系数的影响（二）、冷凝温度对制冷系数的影响（三）、过冷度对制冷系数的影响三、影响制冷系数的主要因素四、提高制冷系数的主要途径第二章工程热力学基础第四节湿空气及其状态调节第四节湿空气及其状态调节一、湿空气的基本概念（一）、干空气与湿空气（二）、饱和空气与未饱和空气（三）、绝对湿度与相对湿度（四）、干球温度湿球温度露点（五）、湿空气的含湿量（六）、湿空气的比焓和比熵第四节湿空气及其状态调节二、湿空气的h－d图（一）、湿空气h－d图的结构

定焓线、定含湿量线、定温线、定相对湿度线（二）、热湿比（三）、湿空气h－d图的应用第四节湿空气及其状态调节三、湿空气的典型过程（一）、湿空气的混合过程（二）、湿空气的加热过程（三）、湿空气的冷却过程（四）、湿空气的加湿过程

喷水加湿与喷蒸汽加湿第三章传热学基础4节3节2节1节基本理论知识船舶轮机中常见的传热过程强化传热与削弱传热船用热交换器的种类及特点湿空气及其状态调节第三章传热学基础第一节基本理论知识第一节基本理论知识一、基本概念温度场、温度梯度热流量、热流密度二、热传递的基本方式及特点热传导热对流热辐射第一节基本理论知识三、热传递的基本过程和特点（一）、导热过程

导热的傅里叶定律、物体的导热系数

平壁导热、圆筒壁导热（二）、对流换热过程

牛顿冷却公式、对流换热系数、影响对流换热系数的主要因素

平壁的对流换热、圆筒壁的对流换热（三）、辐射换热过程第三章传热学基础第二节船舶轮机中

常见的传热过程第二节船舶轮机中常见的传热过程一、通过平壁的传热二、通过圆筒壁的传热三、通过肋壁的传热四、内燃机气缸内高温燃气对气缸套外冷却水的传热过程五、传热公式第三章传热学基础第三节强化传热与削弱传热第三节强化传热与削弱传热一、强化传热的基本途径（一）、增加传热面积（二）、加大传热温差（三）、提高传热系数 1．清除传热壁面两侧的污垢以减少导热热阻 2．改变流体的流动情况 3．改变流体的物性 4．改变换热面的表面状况第三节强化传热与削弱传热二、削弱传热的基本途径（一）、热绝缘 1．热绝缘的目的 2．对热绝缘材料的要求 3．工程上常用的热绝缘材料（二）、圆筒壁的临界热绝缘直径（三）、轮机工程中的热绝缘第三章传热学基础第四节船用热交换器的种类及特点第四节船用热交换器的种类及特点一、热交换器的类型间壁式换热器、混合式换热器、回热式换热器二、间壁式热交换器的种类顺流式、逆流式、叉流式、混合流式单流程、双流程、多流程第四节船用热交换器的种类及特点三、间壁式热交换器的结构及性能特点（一）、管式热交换器

壳管式热交换器

肋片管式热交换器

套管式热交换器（二）、板式热交换器

板翅式热交换器

平行板式热交换器

螺旋板式热交换器第四节船用热交换器的种类及特点四、热交换器的传热分析（一）、热交换器中流体的温度分布（二）、顺流与逆流热交换器的比较（三）、对数平均温差（四）、热平衡分析

传热量、热流体放热量、冷流体吸热量、热平衡第四章工程流体力学基础4节3节2节1节基本理论知识流体静压强流量及文丘里流量计总流伯努利方程及应用

5节流动阻力和水头损失第四章工程流体力学基础第一节基本理论知识第一节基本理论知识一、流体及其主要性质（一）、流体的易流动性（二）、流体的密度和重度（三）、流体的压缩性和膨胀性（四）、流体的粘性（五）、液体的表面张力及毛细管现象（六）、液体的含气量及空气分离压（七）、流体的分类第一节基本理论知识二、描述流体流动的两种方法五、与流体流动相关的若干概念六、静压总压动压1.流线与迹线

2.流管与流束

3.总流与过流断面4.缓变流三、定常流动与非定常流动四、均匀流动与非均匀流动第一节基本理论知识七、层流与紊流

雷诺数与临界雷诺数

雷诺数的物理意义

产生层流与紊流的原因八、雷诺数及其物理意义第四章工程流体力学基础第二节流体静压强第二节流体静压强一、流体静压强的特性（一）、压强的表示方法 1.绝对压强与相对压强 2.表压强与真空（二）、压强的单位二、压强的表示方法及单位第二节流体静压强及常用的液柱式测压计三、流体静力学基本方程两种表达形式、适用范围；静止液体中两点的压强差四、帕斯卡原理及应用五、连通器原理及应用六、液柱式测压计七、流体静压强的分布第四章工程流体力学基础第三节流量及文丘里流量计第三节流量及文丘里流量计一、流量与平均流速一般形式、质量连续方程、体积连续方程、分支管道的总流连续方程二、总流连续方程四、文丘里流量计三、总流连续方程的应用船用真空泵、多管路旁通水箱第四章工程流体力学基础第四节总流伯努利方程及应用第四节总流伯努利方程及应用一、理想流体总流伯努利方程表达式、适用条件、几何意义与能量意义三、有能量输入或输出的总流伯努利方程二、实际流体总流伯努利方程表达式、适用条件、几何意义与能量意义第四节总流伯努利方程及应用四、伯努利方程的应用（一）、并行船舶侧向推力的产生（二）、虹吸管（三）、喷射泵（射流泵）第四章工程流体力学基础第五节流动阻力和水头损失第五节流动阻力和水头损失一、沿程阻力水头损失二、局部阻力水头损失三、减小流动阻力和水头损失的方法（一）、减小沿程阻力水头损失的方法（二）、减小局部阻力水头损失的方法第五章仪表与量具节节2节压力计流动阻力和水头损失

3节转速计

4节流量计

1节温度计

6节密度计流动阻力和水头损失

7节盐度计

8节塞尺

5节湿度计

10节千分尺

11节扭矩仪

12节测功器

9节游标卡尺第五章仪表与量具第一节温度计第一节温度计一、温度计的种类及特点（一）、玻璃管液体温度计（二）、双金属片温度计（三）、压力表式温度计（表）二、膨胀式温度计第一节温度计三、热电偶温度计（一）、热电偶测温的基本原理（二）、热电偶温度计的组成结构（三）、热电偶温度计的特点（四）、热电偶的种类（五）、几种常见的热电偶及其特性 S型、K型、T型、E型、镍铬—金铁热电偶（六）、热电偶的测温第一节温度计四、热电阻温度计（一）、热电阻测温的基本原理（二）、热电阻温度计的特点（三）、对热电阻材料的要求（四）、金属电阻温度计 1.铂电阻温度计2.铜电阻温度计3.合金电阻温度计（五）、半导体电阻温度计 1.锗电阻温度计2.热敏电阻温度计第一节温度计五、热辐射温度计1．全辐射温度计2．单色温度计3．比色温度计4．三色温度计5．红外热像仪六、其它温度计简介1．二极管温度计2．电容温度计3．示温涂料4．变色温度指示器第五章仪表与量具第二节压力计

（压力表）第二节压力计（压力表）一、压力计的种类（一）、测压管（二）、U形管压力计（三）、差压计（四）、斜管微压计（表）二、液柱式压力计第二节压力计（压力表）三、弹性式压力计（一）、弹簧管式压力表 1.弹簧管式压力表的结构及工作原理 2.弹簧管式压力表的选用（二）、电触点式压力表（三）、平均压力计与最高压力计（四）、膜片式压力表第二节压力计（压力表）四、常用的电气压力计和差压计简介1．电阻应变片式压力计2．电感式压力计3．霍尔效应压力计4．压电式压力计5．电气式差压计第五章仪表与量具第三节转速计（转速表）第三节转速计（转速表）一、转速的概念及其测量方式（一）、转速表按工作原理分类（二）、转速表按使用方式分类

固定式与便携式、接触式与非接触式（三）、转速表的其它方式分类

按记数方式、按记录方式、按表盘的刻度特点二、转速表的分类第三节转速计（转速表）三、离心式转速表（一）、离心式转速表的结构及工作原理（二）、便携离心式转速表的使用（三）、固定离心式转速表的使用第三节转速计（转速表）四、定时式转速表（一）、定时式转速表的工作原理（二）、定时式转速表的使用（一）、光电式转速计（二）、磁电式转速计（三）、发电式转速表五、其它转速计简介第五章仪表与量具第四节流量计第四节流量计一、流量的概念（表）二、流量计的种类及特点第四节流量计（一）、涡轮流量计 1.工作原理2.特性3.安装使用时的注意事项（二）、涡街流量计 1.工作原理2.安装使用时的注意事项（三）、其它速度式流量计简介 1.电磁流量计2.超声波流量计三、速度式流量计第四节流量计（一）、椭圆齿轮流量计（二）、腰轮流量计（三）、刮板流量计（四）、湿式气体流量计四、容积式流量计第四节流量计（一）、节流式流量计（二）、靶式流量计五、压差式流量计六、恒压式流量计1.直接式质量流量计2.推导式质量流量计3.温度、压力补偿式质量流量计七、质量流量计简介第五章仪表与量具第五节湿度计第五节湿度计一、湿空气的相对湿度及其测量方法1．结构及工作原理2．使用时应注意的问题二、干湿球温度计三、电阻式湿度计四、毛发式湿度计五、露点测湿法第五章仪表与量具第六节密度计第六节密度计一、密度的概念及其测量方法（一）、密度与重度（二）、液体密度的测量方法 1.体积法2.重量法3.液柱平衡法（三）、密度计的种类第六节密度计二、浮子式密度计1.结构2.工作原理3.使用时的注意事项三、静压式密度计（一）、液柱测压式密度计（二）、差压式密度计四、其它液体密度计简介1．振动式密度计2．放射性同位素密度计第五章仪表与量具第七节盐度计第七节盐度计一、盐度的概念及测量方法二、海水盐度计的种类三、海水盐度计的测量原理四、海水盐度计的使用第五章仪表与量具第八节塞尺第八节塞尺一、塞尺的结构二、塞尺的使用方法三、塞尺使用时的注意事项第五章仪表与量具第九节游标卡尺第九节游标卡尺一、游标卡尺的结构（一）、三用游标卡尺（二）、双面量爪游标卡尺（三）、单面量爪游标卡尺（图）二、游标卡尺的刻度方式及分度值（图）第九节游标卡尺三、游标卡尺的读数原理及读数方法（一）、游标卡尺的读数原理（二）、游标卡尺的读数方法（三）、游标卡尺的读数示例四、游标卡尺的使用五、游标卡尺的使用和保养注意事项六、其它游标卡尺简介第五章仪表与量具第十节千分尺第十节千分尺一、千分尺的结构（一）、千分尺的测微机构（二）、千分尺的测力机构（三）、千分尺的制动机构二、千分尺的读数原理和读数方法（一）、千分尺的读数原理（二）、千分尺的读数方法（三）、千分尺的读数示例第十节千分尺三、千分尺的使用（一）、千分尺的零位校正（二）、千分尺的间隙调整（三）、千分尺的用法及注意事项四、其它千分尺简介第五章仪表与量具第十一节扭矩仪第十一节扭矩仪一、扭矩测量的基本原理（一）、剪应变与扭矩（二）、相对扭转角与扭矩二、扭矩的测量方式及分类第十一节扭矩仪三、电阻应变式扭矩仪（一）、应变片的贴片位置及方向（二）、旋转体上电信号的传递 1.电刷－滑环集流装置 2.水银集流装置 3.感应式集流装置（三）、应变式扭矩传感器第十一节扭矩仪四、相位差式扭矩仪（一）、相位差式扭矩仪的工作原理（二）、相位差式扭矩传感器 1.光电式相位差扭矩传感器 2.磁电式相位差扭矩传感器（三）、数字式扭矩仪第十一节扭矩仪五、钢弦式扭矩仪（一）、钢弦式扭矩仪的测量原理（二）、钢弦的激振方式和信号变换方式（三）、钢弦式扭矩传感器（四）、钢弦式扭矩仪实例第五章仪表与量具第十二节测功器第十二节测功器一、吸收式测功器（一）、水力测功器 1.工作原理2.特性曲线3.特点（二）、电力测功器 1.直流电力测功器2.交流电力测功器（三）、电涡流测功器第十二节测功器二、传递式测功器（表）三、几种常见测功器的性能比较第六章单位及单位换算节3节2节1节国际单位制中的常见单位法定计量单位轮机工程中常用的国际单位

与工程单位、英制单位的换算第六章单位及单位换算第一节国际单位制中的常见单位第一节国际单位制中的常见单位一、国际单位制简介二、国际单位制的基本单位（表）三、国际单位制的辅助单位（表）四、国际单位制的导出单位（表）第六章单位及单位换算第二节法定计量单位第二节法定计量单位国家法定计量单位（表）第六章单位及单位换算第三节轮机工程中常用的国际单位与工程单位、英制单位的换算第三节轮机工程中常用的国际单位与工程单位、英制单位的换算一、工程单位制（MSF制）1.长度 2.面积 3.体积 4.质量 5.重度6.力 7.速度 8.压强 9.流量 10.扭矩11.角速度 12.功、能和热量 13.功率 14.热功率和机械功率15.动力粘度 16.运动粘度 17.换热系数 18.导热系数 19.比热容（表）二、英美习惯单位制（USCS制）三、三种单位制之间的单位换算谢谢观看第七章柴油机的热力循环——大连海事大学出版社第七章柴油机的热力循环第一节热机循环一、热机循环的概念及作用二、理想循环的热力过程第二节理论循环与实际循环一、理论循环二、实际工作循环一、热机循环的概念及作用(一)热机内燃机：如果燃料的化学能转变成热能(燃烧)和热能转变成机械能(燃气膨胀)这两次能量转化均在气缸内部完成，并直接利用燃料燃烧产生的高温高压燃气在气缸中膨胀做功，则称为内燃机。外燃机：外燃机是指燃料的燃烧(燃料的化学能转变成热能)是在气缸外部特设的锅炉中进行的，燃料燃烧时放出的热能加热水，使水变成蒸汽，再将蒸汽引入气缸内膨胀做功，推动机械运动，如往复式蒸汽机、蒸汽轮机等。

热机是指把燃料的化学能通过燃烧变为热能，再通过燃烧产物(工质)的膨胀做功把热能转变为机械能的动力机械。第一节热机循环一、热机循环的概念及作用(一)热机第一节热机循环项目特点汽油机柴油机燃料（燃烧工质）汽油柴油或劣质燃油点火方式电火花塞点火压缩自行发火混合气的形成方式气缸外混合气缸内混合压缩比6~1012~22有效热效率15%~40%30%~55%汽油机与柴油机的比较一、热机循环的概念及作用(二)热机循环内燃机最常见的热机循环方式是奥托循环(常称作四冲程循环)，柴油机中最常见的热机循环方式是狄塞尔循环。外燃机使用的循环方式还包括以燃气轮机方式工作的布雷顿循环，以及以汽轮机方式工作的兰金循环。热机循环是指工质将外界的热能在一定条件下连续不断地转变为机械能。热机循环是热机工作的基本原理。第一节热机循环二、理想循环的热力过程(一)工质与理想气体工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。工质具有良好的流动性和膨胀性，例如：空气、燃气、水蒸气等。第一节热机循环二、理想循环的热力过程(一)工质与理想气体理想气体：忽略气体分子自身体积，将分子看成有质量的几何点；假设分子间没有相互吸引和排斥，即不计分子势能，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。这种气体称为理想气体。理想气体是实际气体在压强不断降低情况下的极限。理想气体的循环模式主要有：卡诺循环、奥托循环、狄塞尔循环、混合加热循环、焦耳循环等第一节热机循环二、理想循环的热力过程(二)理想循环理想循环：指研究热机循环时，为简化分析所做的假设的理想化循环,即假定循环是在封闭的，工质完全为气体且其成分和质量不变、比热容为定值，各热力过程均为可逆的条件下进行的。(1)工质是理想气体，其比热容视为定值;(2)工质与外界无质量交换，不计进、排气过程及其流动损失;(3)工质的压缩和膨胀过程均为绝热过程，不计缸壁传热、漏气等热损失；(4)燃烧过程为外界高温热源以定容过程、定压过程向工质加热，排气过程

用定容放热过程代替；(5)构成循环的各个过程均是可逆的。第一节热机循环二、理想循环的热力过程第一节热机循环

保持某一状态参数不变的状态过程，如典型的基本热力过程有：定温、定压、定容、绝热等过程。定容、定压、定温和绝热过程中各有一个状态参数（V、p、T、S）保持不变，且这四个过程与实际热机中工质的状态变化较为接近，故称为基本的热力过程。1.定容过程过程方程初、终状态参数关系二、理想循环的热力过程(二)理想循环第一节热机循环斜率3．p-v图及T-s图上凸?下凹？sTvpppvv第一节热机循环Ts212‘bcVaVbVcsbscV4、能量转换1）过程功2）热量定容线向右水平移动时，比容增大第一节热机循环2.定压过程过程方程初、终状态参数关系二、理想循环的热力过程(二)理想循环第一节热机循环斜率p-v图及T-s图上凸?下凹？sTvppp第一节热机循环Ts212‘bcpapbpcsbscp4、能量转换1）过程功2）热量定压线向左水平移动，压力增加第一节热机循环3.定温过程过程方程初、终状态参数关系二、理想循环的热力过程(二)理想循环第一节热机循环p-v图及T-s图上凸?下凹？sTvpppvvTT斜率第一节热机循环b

定温线向右水平移动时，温度增大。vpTavbva第一节热机循环4、能量转换1）过程功2）热量pv122‘6543122‘34Ts第一节热机循环4.绝热过程过程方程绝热指数specificheatratio，其数值随气体的种类和温度而变对于空气和燃气，初、终状态参数关系二、理想循环的热力过程(二)理想循环第一节热机循环p-v图及T-s图sTvpppvvTTss第一节热机循环b定熵线向右水平移动时，熵值增大。vpSavbva能量转换1）过程功第一节热机循环2）热量第一节热机循环5.多变过程分别为定容、定压、定温、绝热过程1)过程方程称为多变指数2)初、终状态参数间的关系：二、理想循环的热力过程(二)理想循环第一节热机循环3)热力学能、焓、熵的变化第一节热机循环4)功、热量多变指数为n的多变过程，技术功是体积功的n倍第一节热机循环pvTsnn+∞

-∞

+∞

-∞

-∞

+∞

+∞

-∞

n=0n=0n=0n=0n=1n=1n=1n=1n=kn=kn=kn=knnnn理想气体热力过程的图示综合分析第一节热机循环三条分界线：定容线：右侧，体积功为正；左侧，体积功为负。定温线：上方，温度增加；下方，温度降低。绝热线：右侧，吸热；左侧，放热。npvnnn+∞

-∞

+∞

-∞

n=1n=kn=0n=0n=1n=kTsnnn=kn=kn=1n=1n=0n=0-∞

+∞

+∞

-∞

已知某一膨胀过程的n值为1<n<kw>0，△u<0，q>0第一节热机循环一、理论循环内燃机实际工作循环理想化概括：

(1)假定以外界加给内燃机的热量替代实际燃烧过程产生的热量，用定容放热过程来概括实际放入大气的热量。(2)进、排气过程只是工质量的变化，工质状态几乎没有变化，且进、排气过程所做的功相互抵消。因略去燃烧和排气放热,所以取消进、排气过程，即整个循环理论上是工质性质不变的封闭循环。(3)忽略实际压缩和膨胀过程中工质与气缸壁间热量交换，即理想化为绝热过程。(4)忽略循环中所有不可逆因素。内燃机实际循环是不可逆的开式循环。通过以下理想化，可以得到一个以理想气体为工质的封闭可逆正循环—内燃机理想循环。第二节理论循环与实际循环四冲程柴油机的工作过程

第二节理论循环与实际循环四冲程柴油机的工作过程

第二节理论循环与实际循环一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化PVPb0-1：吸气过程

intake。由于阀门的阻力，吸入气缸内空气的压力略低于大气压力。0121-2：压缩过程

compression2－3－4－5：燃烧和膨胀过程combustionandexpansion燃烧可分为定容过程和定压过程34565－6－0：排气过程exhaust第二节理论循环与实际循环PVPb0123456简化原则为:（1）不计吸气和排气过程，将内燃机的工作过程看作是气缸内工质进行状态变化的封闭循环。（2）把燃烧过程看作是外界对工质的加热过程，并认为2－3是定容加热过程，3－4是定压加热过程。（3）略去压缩过程和膨胀过程中工质与气缸壁之间的热量交换,近似地认为是绝热过程。（4）用定容放热过程来代替废气排入大气中的实际放热过程。一、机械喷射式柴油机工作过程的理想化第二节理论循环与实际循环

定容加热理想循环又称为奥托循环(OttoCycle)。奥托循环的一个周期是由吸气、压缩、膨胀做功和排气这四个冲程构成的。奥托循环由绝热压缩、定容加热、绝热膨胀和定容放热过程组成的气体可逆循环。汽油机由火花塞点火引燃,使气缸内由易挥发的汽油形成的可燃混合气体迅速燃烧,燃烧时活塞位移极小，因此汽油机的理想循环为奥托循环。1-2可逆绝热压缩过程2-3可逆定容加热过程3-4可逆绝热膨胀过程4-1可逆定容放热过程（一）定容加热理想循环（奥托循环

）第二节理论循环与实际循环混合加热循环在

=1时的特例，因此，定容加热理想循环的热效率为：ε

t

，ε=6‾10（一）定容加热理想循环（奥托循环

）第二节理论循环与实际循环（二）

定压加热理想循环（狄塞尔循环）

定压加热理想循环又称为狄塞尔循环(DieselCycle)。定压加热理想循环是由两个绝热过程、一个定压过程和一个定容过程构成的循环。早期的低速柴油机的工作循环可理想化为定压加热理想循环。近年来，有些增压柴油机及汽车用高速柴油机一边燃烧，一边进行膨胀，在整个燃烧过程中气缸内的压力几乎不变，也可理想化成定压加热循环。1-2可逆绝热压缩过程2-3可逆定压加热过程3-4可逆绝热膨胀过程4-1可逆定容放热过程第二节理论循环与实际循环混合加热循环在λ

=1时的特例，定压加热理想循环的热效率：

热效率随着压缩比ε的增大,预胀比ρ的减小和采用高ｋ值的气体而增大。（二）

定压加热理想循环（狄塞尔循环）第二节理论循环与实际循环该循环由于兼有定容和定压加热过程，所以称为“混合加热循环”dualcycle，也称“萨巴太循环”。1-2：绝热压缩isentropiccompression2-3：定容吸热constant-volumeheataddition3-4：定压吸热constant-pressureheataddition

4-5：绝热膨胀isentropicexpansion5-1：定容放热constant-volumeheatrejectionq（三）混合加热理想循环第二节理论循环与实际循环混合加热理想循环典型点上状态参数，可表示为初态参数及循环特性参数的函数：1-2为定熵过程

isentropiccompression：第二节理论循环与实际循环2-3为定容加热过程：

constant-volumeheataddition3-4为定压加热过程：constant-pressureheataddition

第二节理论循环与实际循环4-5为定熵过程

isentropicexpansion，5-1及2-3为定容过程，第二节理论循环与实际循环混合加热循环的能量分析和性能分析：热效率thermalefficiency定容过程2－3工质吸入热量：定压过程3－4工质吸入热量：工质在混合循环中总吸热量：q第二节理论循环与实际循环定容放热过程5－１中，工质放出的热量为混合加热循环的热效率为：

thermalefficiency混合加热循环的能量分析和性能分析：第二节理论循环与实际循环循环净功和净热分别为：

在循环特性参数（ε、λ及ρ）一定的条件下，提高初态参数，对热效率虽然并无影响，但可以提高净功。因此可以采用“增压”等措施来提高柴油机的净功。混合加热循环的能量分析和性能分析：第二节理论循环与实际循环

(1)在一定的λ、ρ条件下，压缩比ε愈大,热效率愈高。

混合加热循环的热效率随压缩比ε、定容升压比λ的增大而增大，随定压预胀比ρ的减小而增大。因此，在组织燃烧过程时，应尽可能增加定容燃烧部分的比例，减少定压部分的比例。

（2）在一定的ε值条件下,提高定容升压比λ和降低定压预胀比ρ,混合加热循环的热效率增高。混合加热循环的能量分析和性能分析：第二节理论循环与实际循环压缩比ε相同的比较Tsq1相同，初态1相同412354’5’4’’5’’abb’b’’（四）三种理想循环热效率的比较第二节理论循环与实际循环循环的最高压力相同时的比较Tsq1相同，初态1相同abb’b’’2’’4’’5’’54123Pmax2’4’5’（四）三种理想循环热效率的比较第二节理论循环与实际循环（五）焦耳循环Ts1234定熵压缩定压冷却定熵膨胀定压吸热其与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，两者的区别在于工质在焦耳循环中不发生集态改变。焦耳循环即气体制冷机循环，是以气体为工质的制冷循环。其工作过程包括：第二节理论循环与实际循环

1)工质的影响

理论循环中的工质是理想气体，而实际循环中的工质是空气和燃烧产物。工质成分的变化、工质比热的变化、工质的高温分解以及工质分子数的变化会使燃烧阶段的压力、温度增加减少，使实际循环的热效率和做功能力下降。2)气缸壁的传热损失

在实际循环中，柴油机的工质与缸壁之间始终存在着热量交换，并非绝热过程。压缩过程初期，空气吸热；压缩过程，空气放热实际压缩终点压力低于绝热压缩终点压力。二、实际工作循环第二节理论循环与实际循环实际循环和理论循环的差别：3)换气损失

换气损失包括膨胀损失功和泵气功之和。理论循环中，无需工质替换。但在实际循环中，进气过程和排气过程需消耗轴功，并且排气阀提前开启导致膨胀功损失。4)燃烧损失

燃烧损失是指后燃和不完全燃烧所引起的损失。理论循环中，全部热量由高温热源吸入热量Q１，无燃烧过程。但在实际循环中是由燃油的燃烧得到的，必然存在部分燃油在膨胀中仍继续燃烧的后燃现象。第二节理论循环与实际循环二、实际工作循环实际循环和理论循环的差别：5)泄漏损失

气阀处的泄漏可以完全防止，但活塞环处的泄漏却无法避免。不过在良好的磨合状态下，其泄漏量约为气缸内工质总重的0.2%。通常，漏气损失可并入热交换损失中。6)其它损失

工质的涡动损失以及活塞运动速度与燃烧速度不相配合而偏离定容、定压加热过程的时间损失等。第二节理论循环与实际循环二、实际工作循环实际循环和理论循环的差别：第八章轮机工程材料——大连海事大学出版社第八章轮机工程材料第一节材料特性与参数第二节金属冶炼和金属加工基础第三节材料热处理第四节有色金属及其合金第五节船用材料的选用第六节非金属材料第七节船舶重要零件和设备制造第八章轮机工程材料

一、静力学基础知识二、材料力学基础知识第一节材料特性与参数力是物体间的相互机械作用。1）力的含义力是物体运动状态发生变化的原因。力是物体形状发生变化的原因。一、静力学基础知识(一)力、力的作用效应和力的三要素第一节材料特性与参数2）力的效应力对物体的作用效果称为力的效应。两种效应运动效应（也称外效应）

受力物体的运动状态发生改变。变形效应（也称内效应）

受力物体的形状发生变化，即变形。

第一节材料特性与参数3）力的三要素力的大小它反映了物体相互机械作用的强度。力的方向

它包含了力的方位和指向力的作用点它是力的作用位置抽象化的结果

力的等效条件是力的三要素均相同由力的三要素可知：力是定位矢量第一节材料特性与参数4）力的矢量表示ABCDF线段的长度AB按一定比例表示力的大小线段的方位和箭头指向表示力的方向线段的端点A或B表示力的作用点力矢量的符号表示：

Ｆ或ＦAB或AB力大小的符号表示

Ｆ或AB第一节材料特性与参数5）力的单位国际单位制牛顿（N），千牛顿（kN）两种单位制的换算关系：

1kgf=9.8N工程单位制公斤力（kgf），吨力（tf）第一节材料特性与参数定义：在任何外力作用下均不发生变形的物体称为刚体特点：

刚体内任意两点之间的距离始终保持不变

1.刚体及平衡与运动

ABCD刚体是理想化的力学模型由于静力学研究的物体主要是刚体，所以静力学又称刚体静力学1）刚体一、静力学基础知识(二)刚体和力的可传性第一节材料特性与参数作用于刚体上某点的力，只要保持力的大小和方向不变，可以沿其作用线移到刚体上任意一点，而不会改变该力对刚体的运动效应。力的这一性质，就是力的可传性。力的这个性质不适用于非刚体，即变形体。

AB2）力的可传性(二)刚体和力的可传性第一节材料特性与参数力的可传性原理ＡＢＦＡＡＢＢＦＦ１Ｆ２Ｆ２此推论只适用于刚体。内容作用于刚体上的力可以沿其作用线移至该刚体上的任一点，而不改变它对刚体的作用效应。F2=－F1=F证明作用在刚体上的力是滑动矢量。2）力的可传性第一节材料特性与参数定义

力系是指作用在物体上的一群力

F1F2F3汇交力系力偶系平行力系一般力系分类力系平面力系空间力系1.刚体及平衡与运动一、静力学基础知识(三)力系第一节材料特性与参数平面力系：所有力的作用线均在同一平面内的力系。空间力系：所有力的作用线不全部在同一平面内的力系。汇交力系：在力系中，所有力的作用线汇交于一点的力系。平行力系：在力系中，所有力的作用线相互平行的力系。任意力系：在力系中，各力的作用线既不汇交于一点，也不全部相互平行的力系。平衡力系：若某一力系作用在物体上，使物体处于平衡状态，则该力系称为平衡力系。第一节材料特性与参数等效力系：若一个力系对物体的作用可用另一个力系代替，而不改变原力系对物体的作用效果，则这两个力系称为等效力系。OACBF1F2RRF1F2OAC

Ｒ＝Ｆ１＋Ｆ２如一个力与一个力系等效，则这个力称作这个力系的合力。力系中的各力叫做这个力的分力。Ｆ1、Ｆ2称为分力，R称为合力第一节材料特性与参数ABF1F2ABF2F1F1=－F2

作用于刚体的二力，其平衡的必要和充分条件是：此二力大小相等、方向相反、作用线沿同一直线。

只在两点受力作用而处于平衡的构件称为二力构件，简称二力体。

此公理只适用于刚体。对于变形体，此公理不是充分条件。1.刚体及平衡与运动一、静力学基础知识(四)静力学公理1.二力平衡条件第一节材料特性与参数问题？

作用于柔绳的两压力大小相等、方向相反、作用线沿同一直线，该柔绳是否能平衡？F1F２F1F２不能平衡第一节材料特性与参数

作用于刚体的任意力系上，增加或减去一平衡力系，而不改变原力系对刚体的作用效应。

此公理只适用于刚体。它是力系简化的基础。2.加减平衡力系原理(四)静力学公理第一节材料特性与参数OACBF1F2RRF1F2OAC力的三角形法则此公理是力系简化的基础

Ｒ＝Ｆ１＋Ｆ２

作用于物体上同一点的二力，可以合成为作用于该点的一个合力，合力的大小和方向由以两分力为邻边构成的平行四边形的对角线确定。或者说合力矢等于两分力矢的矢量和，即3.力的平行四边形法则(四)静力学公理第一节材料特性与参数ＮＮ’ＷN,N’是作用力和反作用力，N,W是一对平衡力

两物体相互作用的作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、沿着同一直线，分别而且同时作用在这两个物体上。例如:

Ｎ＝－Ｗ

Ｎ＝－Ｎ’4.作用与反作用定律(四)静力学公理第一节材料特性与参数Ｔ1Ｔ２Ｔ1Ｔ２意义

扩大刚体静力学的应用范围绳索刚体内容

当变形体在某力系作用下平衡时，若将此变形体视为刚体，则其平衡状态不变。5.刚化原理(四)静力学公理第一节材料特性与参数Mo(F)=±Fdo力矩中心d力臂力矩平面1.刚体及平衡与运动一、静力学基础知识(五)力矩力对刚体的转动效应可用力对点的矩（力矩）来度量,即力矩是度量力对刚体转动效应的物理量：第一节材料特性与参数正负号规定：性质：（1）力矩与力的大小和矩心位置有关（2）当力F沿作用线滑动时Mo(F)不变（3）当F=0或d=0时Mo(F)=0（4）互相平衡的一对力对同一点之矩的代数和等于零单位：

N·m或kN·m合力矩定理：第一节材料特性与参数1）力偶的定义

（F,F’)

由大小相等，方向相反，作用线平行而且不共线的两个力所组成的力系。2）力偶的三要素（1）力偶的作用平面（2）力偶的转向

（逆时针为正，顺时针为负）（3）力偶矩的大小

M=±Fd(d力偶臂)力偶矩的国际单位：（N·m）（kN·m）1.刚体及平衡与运动一、静力学基础知识(六)力偶第一节材料特性与参数力偶可用一段带箭头的弧线表示。(六)力偶第一节材料特性与参数3）力偶的等效条件在同一平面内的两个力偶，只要它们的力偶矩大小相等，转动方向相同，则两力偶必等效，此性质称为平面力偶的等效定理。力偶的等效条件：力偶的三要素均相同在刚体两平行平面内的两个力偶，只要它们的力偶矩大小相等，转动方向相同，则两力偶必等效。(六)力偶第一节材料特性与参数4）力偶性质（1）力偶无合力，力偶不能与一个力等效，力偶只能与力偶平衡，即力和力偶是两个独立的力学元素。（2）力偶对物体的作用效应仅取决于力偶的三要素，与力偶的作用位置无关，即力偶可在作用平面内任意移动。（3）在力偶三要素不改变的条件下，可任意选定组成力偶的力的大小或力偶臂的长短。(六)力偶第一节材料特性与参数力偶矩

空间力偶，力偶矩必须用矢量表示，称为力偶矩矢。方向：右手螺旋法则。沿力偶作用面法线方向，卷曲四指表示力偶转向，伸直的拇指为力偶矩矢的指向。大小：(六)力偶第一节材料特性与参数力偶系：同时作用在物体上的一群力偶。平面力偶系：所有力偶的作用面均在同一平面内的力偶系。空间力偶系：所有力偶的作用面不全部在同一平面内的力偶系。平衡力偶系：若某一力偶系作用在物体上，使物体处于平衡状态，则该力偶系称为平衡力偶系。6)力偶系等效力偶系：若一个力偶系对物体的作用可用另一个力偶系代替，而不改变原力偶系对物体的作用效果，则这两个力偶系称为等效力偶系。

合力偶：如一个力偶与一个力偶系等效，则这个力偶称作这个力偶系的合力偶。(六)力偶第一节材料特性与参数1.刚体及平衡与运动一、静力学基础知识(七)力的平移定理第一节材料特性与参数

作用在刚体上某点的力可以等效地平移到刚体上任一点（称平移点），但必须同时在该力与该平移点所决定的平面内附加一力偶，此力偶矩等于原力对平移点之矩1．约束与约束反力有关概念自由体与非自由体自由体是指运动不受任何限制的物体。非自由体是指运动受到某些限制的物体。

第一节材料特性与参数1.刚体及平衡与运动一、静力学基础知识(八)约束与约束反力集中荷载单位:牛顿分布荷载(其大小通常用荷载集度来表示)

体荷载如重力体荷载集度牛/米3

面荷载如水压力面荷载集度牛/米2

线荷载线荷载集度牛/米（1）主动力（在建筑工程设计中又称荷载）

强迫物体运动或具有运动趋势的力

1．约束与约束反力有关概念第一节材料特性与参数（２）约束反力ⅰ．约束的定义

一个物体的运动受到周围物体的限制时，这些周围物体称为约束。

ⅱ．约束反力

约束对物体的作用力称为约束反力或约束力，简称反力。

特点：约束反力的大小是未知的，方向与物体的运动或运动趋势方向相反,作用点在约束体与非自由体的接触处。1．约束与约束反力有关概念第一节材料特性与参数2．常见约束的特点及反力方向FTG1)柔性约束定义：实例：绳索、链条和皮带等反力特点：

反力过连接点，沿柔体中心线而背离物体，且为拉力。（不能受压）用符号“FT”表示。

(八)约束与约束反力第一节材料特性与参数２)光滑接触面约束GFNＢＡＣＤＧFNAFNBFNC定义：物体搁置在光滑支承面上，略去摩擦。反力特点：

作用于接触点，指向接触面的外法线方向（法向反力）支撑物的外用符号“FN”表示。2．常见约束的特点及反力方向第一节材料特性与参数AAθFAFAXFAY构造简图

下摇座上摇座支座3）铰链约束

铰链是工程中应用广泛的一种约束，用一圆柱形销钉将两个构件连接在一起。约束使两构件限制相对平移，只允许相对转动。2．常见约束的特点及反力方向第一节材料特性与参数装配式钢筋混凝土门式刚架沥青麻丝杯形基础中间铰链构件固定铰链约束2．常见约束的特点及反力方向第一节材料特性与参数活动铰链约束AFA构造简图反力特点辊轴2．常见约束的特点及反力方向第一节材料特性与参数中间铰链约束ACB2．常见约束的特点及反力方向FθABC铰结点θFFCXFCYC第一节材料特性与参数4）二力杆约束2．常见约束的特点及反力方向只在两个力作用下平衡的构件，称为二力构件，简称二力杆。它所受的两个力必定沿两力作用点的连线，且等值、反向，与构件的形状无关。第一节材料特性与参数5）光滑球形铰链约束2．常见约束的特点及反力方向光滑球形铰链约束第一节材料特性与参数6）止推轴承2．常见约束的特点及反力方向止推轴承与径向轴承不同，它除了能限制轴的径向位移外，还能限制轴沿轴向的位移。第一节材料特性与参数7）固定端约束（一）固定支座(或称固定端)定义：与非自由体固结成一个整体的约束体称为固定支座，或称为固定端。2．常见约束的特点及反力方向第一节材料特性与参数简图特点

在固定支座截面处非自由体不能作任何微小移动和转动约束反力7）

固定端约束2．常见约束的特点及反力方向第一节材料特性与参数第一节材料特性与参数一、静力学基础知识(九)受力图、受力分析和力系平衡条件作用在物体上的力可分为两类：一类是主动力，如物体的重力、风力、气体压力等，一般是已知的；另一类是约束对于物体的约束反力，为未知的被动力。碾子受力图第一节材料特性与参数(九)受力图、受力分析和力系平衡条件正确地画出物体的受力图，是分析和解决力学问题的基础：(1)必须明确研究对象。(2)正确确定研究对象受力的数目。(3)正确画出约束反力。(4)当分析两物体间相互的作用力时,应遵循作用与反作用关系。在工程上，确定作用在构件上的所有未知力，是对工程构件进行强度分析、刚度设计、稳定性设计以及动力学分析的基础。在平面一般力系作用的情形下，当物体处于平衡状态时，其所受力系的主矢和对于任意一点的主矩同时等于零，为力系平衡的充分和必要条件，简称平衡条件。第八章轮机工程材料一、静力学基础知识

二、材料力学基础知识第一节材料特性与参数二、材料力学基础知识第一节材料特性与参数《材料力学》研究对象

《材料力学》任务：主要研究构件在外力作用下的变形、受力与破坏的规律，为合理设计构件提供有关强度、刚度与稳定性分析的基本理论与计算方法。构件二、材料力学基础知识第一节材料特性与参数1.内力F固有内力材料力学中的内力F'附加内力FF+F'构件不受外力时，其内部质点之间的相互作用力构件受外力作用而变形时，其内部质点之间因相对位置改变而引起固有内力变化(一)内力、应力和应变

内力计算的截面法FIFFIIIFIIFNxSFX=0：+FN-F=0

FN=FxSFX=0：-FN’+F=0

FN’=FFN’截面法①切取②代替③平衡单位：N(牛顿)或kN(千牛)1.内力(一)内力、应力和应变第一节材料特性与参数1.内力(一)内力、应力和应变内力(偶)可以分为轴力、剪力、扭矩和弯矩。(1)轴力：沿着杆件轴线方向的内力，使杆件产生伸长或压缩变形，拉为正，压为负。(2)剪力：作用于截面内的内力，使两个相邻截面产生相互错动。(3)扭矩：作用于截面内的内力偶，使两个相邻截面产生绕杆件轴线的相对转动，这种变形称为扭转变形。(4)弯矩：垂直于横截面的内力偶,，使两个相邻截面产生绕横截面上的某一轴线的相互转动，这种变形称为弯曲变形。第一节材料特性与参数应力：杆件截面上的内力聚集度平均应力正应力σ切应力τ应力特征：（1）必须明确截面及点的位置；（2）是矢量，1)正应力

2)

切应力（3）单位：Pa(帕)和MPa(兆帕)

2.应力(一)内力、应力和应变第一节材料特性与参数2.应力(一)内力、应力和应变FF剪切面FFFQ上刀刃下刀刃nnFFFQ剪切面第一节材料特性与参数2.应力(一)内力、应力和应变Q=P应力分析PPA剪力受剪面面积PQ第一节材料特性与参数3.许用应力(一)内力、应力和应变许用应力：材料安全工作条件下所允许承担的最大应力。[σ]----许用应力σu----

极限应力n----安全因数在强度计算中，一般把极限应力除以大于1的系数n，作为设计时应力的最大允许值，称为许用应力：第一节材料特性与参数3.许用应力(一)内力、应力和应变拉（压）杆的强度条件剪切强度条件许用剪（切）应力：塑性材料脆性材料材料拉伸许用应力第一节材料特性与参数4.应力集中(一)内力、应力和应变截面突变处的应力局部增大，离开该处的地方应力又趋于均匀，这种现象称为应力集中。在应力集中处，应力的最大值(峰值应力)与物体的几何形状和加载方式等因素有关。脆性材料制成的构件，应力集中现象将一直保持到最大局部应力到达强度极限之前。因此，在设计脆性材料构件时，应考虑应力集中的影响。塑性材料制成的构件，应力集中对其在静载荷作用下的强度则几乎无影响。通常不考虑应力集中的影响。无论是脆性材料还是塑性材料，应力集中对构件的疲劳寿命都有很大影响，应力集中处往往是疲劳源。据统计，80%的构件断裂破坏是疲劳断裂。第一节材料特性与参数4.应变(一)内力、应力和应变弹性及弹性变形塑性及塑性变形弹性：当载荷不超过某一限度时，材料在去除载荷后能恢复原有的形状和尺寸，材料的这种性质称为弹性。弹性变形：去除载荷后能够消失的变形。塑性：当载荷超过一定限度时，在去除载荷后，变形只能部分复原，而残留一部分变形不能消失，材料的这种性质称为塑性。塑性变形：去除载荷后不复原而残留下来的变形。第一节材料特性与参数4.应变(a)轴向拉伸(b)轴向压缩PPPP剪切变形PP扭转变形MeMegj弯曲变形MeMe组合变形------同时发生两种或以上的基本变形变形分析第一节材料特性与参数4.应变1、受力特点：外力或其合力的作用线沿杆轴2、变形特点：主要变形为轴向伸长或缩短3、轴向荷载（外力）：作用线沿杆件轴线的荷载拉杆压杆FFFF轴向拉伸和压缩FF第一节材料特性与参数轴力（内力）分析FIFFIIIFIIFNxSFX=0：+FN-F=0

FN=FxSFX=0：-FN’+F=0

FN’=FFN’截面法①切取②代替③平衡单位：N(牛顿)或kN(千牛)规定：轴力拉为正，轴力压为负。4.应变第一节材料特性与参数FF1122假设：

①平面假设②横截面上各点处仅存在正应力并沿截面均匀分布。拉应力为正，压应力为负。

对于等直杆，当有多段轴力时，最大轴力所对应的截面-----危险截面。危险截面上的正应力----最大工作应力FF拉压杆横截面上的应力分析4.应变第一节材料特性与参数4.应变(一)内力、应力和应变

杆原长为l，直径为d。受一对轴向拉力F的作用，发生变形。变形后杆长为l1，直径为d1。其中：拉应变为正，压应变为负。轴向(纵向)应变：杆的纵向变形为：Δl=l1

-l横向应变：

杆的横向变形为：Δd=d1

-d第一节材料特性与参数(二)虎克定律实验表明，在比例极限内，杆的轴向变形Δl与外力F及杆长l成正比，与横截面积A成反比。即：引入比例常数E，有：----虎克定律其中：E----弹性模量，单位为Pa;EA----杆的抗拉（压）刚度。