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98年度鋼瓶安全檢驗站基礎教育訓練物理計量單位、力學及材料概論中華民國工業氣體協會物理計量單位長度/面積/體積的單位質(重)量壓力溫度熱量、比熱密度及其他物理計量單位計量單位前的常用的倍率分率代號倍數和分數名稱兆百萬千分厘毫微代號TMkdcmμ說明101210610310-110-210-310-6資料來源:度量衡國家標準實驗室物理計量單位MKS制長度容量質量名稱米(公尺)公升千公克(公斤)英譯meterliterkilogram代號mlkg資料來源:度量衡國家標準實驗室單位符號之縮寫物理計量單位單位符號之縮寫時間面積體積英制(長度與重力)名稱時分秒平方米立方米英吋英呎磅英譯hourminutesecondSq.metercu.meterinchfeetpound代號hrminsecm2m3inftp物理計量單位質量單位換算單位公噸公斤公克磅盎斯代號tkggpounce換算率0.001110002.235.2740.0004540.454453593116Ps:英制的磅,有pound(p)重量單位/libra(lb)指重量的多少數量物理計量單位壓力單位換算常用的單位有kg/cm2,Mpa,psi….單位百萬帕斯卡巴公斤/平方公分磅/平方英吋公分水柱厘米汞柱大氣壓代號MPabarKg/cm2psicmH2OmmHgatm換算率0.0980.98114.221000735.60.9670.1011.0131.03314.6961033.27601物理計量單位計算例：潛水伕潛入100米深得海底工作，請問潛水伕是在多少大氣壓力之下的工作環境中工作？100÷10(mH2O)=1010x0.967=9.67(atm)Ans:9.67atm物理計量單位計算例：1支DOT3AA2265的鋼瓶應該用多少kg/cm2的壓力做耐壓測試？2265÷14.22＝159.3159.3×5/3＝265.5(kg/cm2)Ans：265.5kg/cm2物理計量單位溫度換算絕對溫度(K)=攝氏溫度(℃)+273攝氏溫度(℃)=【華氏溫度(℉)-32】×9/5華氏溫度(℉)=攝氏溫度(℉)×9/5+32物理計量單位熱能單位換算註:BTU:BritishThermalUnit英制熱量計量單位單位焦耳千卡千瓦小時BTU代號jkcalKw-hrBTU換算率4187.610.001163.9691055075251.950.2931000物理計量單位計算例：40L的鋼瓶水壓後用熱水加熱沖洗3分鐘，水流量20L/min，約需耗掉多少能源？1×(90－23)×20×3＝4020kcal4020×0.00116=4.66(kw-hr)Ans:4.66kw-hr物理計量單位功率換算單位千瓦公斤米/秒馬力千卡/小時BTU/分鐘BTU/小時代號kWKgm/sHPKcal/hrBTU/minBTU/hr換算率1101.971.34186056.8534130.746761642.442.4622544物理計量單位計算例：1部20馬力的空氣壓縮機,稼動率30%,問此壓縮機啟動後每小時需耗能多少？0.746×20×0.3＝4.476kw-hrAns：4.476kw-hr物理計量單位密度/速度單位換算密度速度單位公克/公分3磅/英吋3公里/小時英哩/小時代號g/cm3lb/in3km/hrmile/hr換算率10.0361310.62127.67811.6091物理計量單位容積單位換算單位公秉公升公撮立方公尺立方英呎美加侖代號kllmlm3ft3gal換算率110001000000135.316264.180.02828.31283160.028317.48物理計量單位計算例：氣瓶水容積40L，充填壓力150kg/cm2的壓縮氣體，氣體的量有多少的立方英呎cu-ft(ft3)？40X150=600035.316X6=211.896≒212cu-ftAns:212cu-ft力學與材料概論力學的主要分類力學固體力學流體力學剛體力學非剛體力學靜力學動力學運動學材料力學彈性力學塑性力學理想流體力學黏性流體力學壓縮性流體力學力學與材料概論靜力學討論平衡力系的問題。運動學討論物體或質點運動時的幾何性質動力學討論物體或質點上的不平衡力系、慣性及不平衡力系所產生之運動的關係。力學與材料概論依力的作用方式__依作用方式外力指物體所受之作用力來自物體的外界者，稱為外力。內力指物體受外力之作用，其內部相應產生之抵抗力，為內力。內力是伴隨者外力作用而產生，二者為作用力與反作力的關係，且彼此大小相等，方向相反。力學與材料概論依物體的受力部位接觸力與物體有相接觸之作用力稱之為接觸力。非接觸力物體不需接觸而有力作用者稱之為超距力。力學與材料概論力的三要素大小方向作用點力學與材料概論力的效應外效應外力作用於剛體上，使物體產生運動狀態之改變，稱之為力的外效應。(應用力學)內效應外力作用於非剛體上，使物體產生形變及其內部產內生應力以抵抗外力的現象，稱之為力的內效應。(材料力學)力學與材料概論力的單位絕對單位CGS制→達因(dyne)：使質量１g的物體，產生１cm/sec2之加速度所需要之力。MKS制→牛頓(newton)：使質量１kg的物體，產生１m/sec2之加速度所需要之力。重力單位CGS制→公克重(gm)：質量１g的物體，在緯度45°的海平面上，所受地心引力大小，稱為１公克重。MKS制→公斤重(㎏)：質量１kg的物體，在緯度45°的海平面上，所受地心引力大小，稱為１公斤重。力學與材料概論彈性係素力學與材料概論彈性係數(或稱為楊氏係數)從張力試驗所得的應力-應變圖，如上圖所示，可知材料在比例限度內呈直線變化--OP線段，即在此範圍內，應力(σ)與應變(ε)恆成正比例。此一關係稱為虎克定律(Hooke'slaw)安全係數材料所受之應力必須遠在比例限度之下,此應力稱之為工作應力,工作應力與比例限度之比值即為安全係數.力學與材料概論各種材料之安全係數(例)材料種類靜負荷覆變負菏交變負荷衝擊質脆金屬461015軟鋼35812木材7101520混凝土5~20～～～力學與材料概論薄壁圓筒之應力若圓筒之壁厚(t)與其半徑(r)相比為甚小時(ｔ＜ｒ／10)，則稱此圓筒為薄壁圓筒(thin-WalledCylinder)，如水管、瓦斯筒、鍋爐管及鋼瓶等均屬之。由於筒內受均勻內壓力作用，故在筒生上產生兩方向之正交應力其中，與軸向垂直之應力，稱為周向應力，即縱截之應力(σ1)；而沿圓筒軸向之應力，稱為縱向應力即橫截面之應力（σ2）。薄壁圓筒的周向應力為縱面應力的兩倍，即其縱截面為此圓筒的危險截面。故無特別指明時，薄壁圓筒的應力(σt)當以周向應力計算之。即力學與材料概論熱應力溫度變化時，絕大多數的材料均有熱脹冷縮的現象。當溫度升高或降低時，其產生的伸長量或收縮量(δT)為δT=αLΔT當材料兩端均受限制，當溫度升高或降低時皆無法變形，故其內部產生壓應力或張應力，此種應力均稱為熱應力(thermalstress)，以σr表示。δr=-EεT力學與材料概論萬有引力（Gravitation）,常亦稱為重力（Gravity）指具有質量的物體之間加速靠近的趨勢。重力︰在地面或地面附近物體受到地球吸引的萬有引力和隨地球自轉所需的向心力相減的合力。符號是W,W=mgm表示物體的質量,g表示物體所在點的重力加速度，一般計算採用標準重力加速度，即g=gn=9.80665m/sec2。重力的SI單位是牛頓(N）。力學與材料概論力矩力矩是一個旋轉力。等於作用在槓桿上的力乘以支點到力的距離。扭矩又稱為轉矩.使機械元件轉動的力矩或力偶稱為轉動力矩,簡稱轉矩.力矩是由一個不通過旋轉中心的力對物體形成的，而力偶是一對大小相等、方向相反的平行力對物體的作用。扭矩的計量單位為公斤力·米等力學與材料概論鎖緊扭矩(例)氣瓶材質螺紋規格鎖緊扭矩(建議範圍)備註鋁合金瓶0.750-16UNF2B8.4-10Kg.M鋁合金瓶0.625-18UNF2B8.4-10Kg.M碳合金瓶3/4NPTMale34.7Kg.M碳合金瓶1NPTMale48.6Kg.M力學與材料概論摩擦力兩個表面接觸的物體相互接觸時互相施加的一種物理力F=μFNμ:摩擦係數固體表面之間的摩擦力滑動、滾動、滾壓(兼有滑動與滾動運動時)、轉動摩擦最大靜摩擦力學與材料概論名詞說明:金屬、合金、非金屬金屬材料的組織_金屬及合金的狀態_金屬的塑性加工和塑性變形_力學與材料概論金屬材料的組織金屬的晶粒_金屬的結晶構造_結晶的面和格子直線力學與材料概論金屬的晶粒把金屬材料折斷時,在斷口處可以看到很多微細的粒子,這種粒子就稱為金屬的晶粒。金屬的結晶構造依照晶粒排列的方式可將其分類為：體心立方格子、面心立方格子、六方密格子。力學與材料概論金屬及合金的狀態純金屬的熔解、凝固及平衡相律多元合金的平衡力學與材料概論金屬的塑性加工塑性加工_彎曲,拉長,鎚扁,打圓等.熱加工/冷加工鍛造/軋延/拉製/板金壓製/擠製力學與材料概論金屬的塑性變形結晶格子內原子間的作用力結晶的滑動產生變形由雙晶所產生的變形單結晶的強度差排_刃狀或螺旋力學與材料概論金屬材料的物理性質比重比熱膨脹係數導熱度比電阻磁性力學與材料概論金屬材料的機械性質彈性限比例限彈性係數降伏強度材料疲勞抗拉強度伸長率力學與材料概論鋼鐵的製造鼓風爐、平爐、轉爐、電爐鋼的熱處理退火(annealing)、淬火(quenching)、回火(tempering)力學與材料概論退火annealing定義把鋼料加熱到適當溫度,保持適當時間後使它慢慢冷卻.目的(1)消除高溫加工時所產生的應力(2)降低硬度(3)改良機械切削性或常溫加工性(4)調整結晶組織(5)得到所希望的機械性質或物理性質(6)消除化學成分的不均勻性等.種類分完全退火及軟化退火.力學與材料概論淬火quenching定義把鋼加熱到適當溫度,保持適當的時間後,使它急冷.目的這個作業可以讓鋼材在溫度與組織的變化過程中,阻止發生波來鐵變態,而得到高硬度的麻田散鐵組織.影響淬火效果的因素主要取決於淬火液的(1)比熱(2)導熱度(3)黏性(4)揮發性(淬火液從鋼材奪取熱量的速度越快,則淬火的效果越顯著)力學與材料概論理想淬火把鋼淬火時,採用一種理想的冷卻方法,讓鋼的表面在淬火的瞬間冷卻到淬火液的溫度,能達到這種條件的淬火,就稱為理想淬火。以這種冷卻速度把某一直徑的鋼施行淬火時,如果中心部分的組織剛好變為麻田散鐵50%和肥粒散鐵50%,這個直徑叫做淬火直徑(或理想直徑)力學與材料概論淬火硬化能不同的鋼各有他特有的淬火硬化能力,這種能力叫做硬化能(hardenability),通常以淬火時硬化的深度作為比較的準則,而與淬火時所得硬度之大小無關.影響的因素有(1)材料的化學組成(2)晶粒度(3)碳化物的量,性質與分佈(4)鋼材的形狀與尺寸(5)表面狀態(6)淬火液的冷卻能力力學與材料概論淬火quenching深冷處理sub-zerocooling淬火後的鋼冷到室溫時,如果尚殘留沃斯田鐵組織,則將溫度繼續降到0℃以下,則變態會繼續進行,而使殘留的沃斯田鐵的量更減少,如此可得到更高的硬度.淬火溫度鋼的成分決定其淬火溫度,過高的溫度會使沃斯田鐵晶粒生長變粗,造成淬火後的機械性質不良,甚至裂痕.力學與材料概論回火tempering定義把淬火鋼加再熱到變態點A1以下的適當溫度,以改善其特性目的除去淬火鋼的內部應力,並調節硬度以取得適當的強韌性回火期間主要的變態(1)由體心正方形α麻田散鐵析出碳原子(2)殘留沃斯田鐵的變態(3)雪明碳鐵變態(4)雪明碳鐵凝集力學與材料概論回火tempering回火脆性低溫回火/高溫回火恆溫回火麻回火麻淬火力學與材料概論高壓氣體容器常用之碳合金鋼之化學成分(例)材質CSiMnPSCuNiCrMoVO錳鋼0.34~0.40