Книга написана на базе курса "Основы проектирования экспериментальных физических установок", в течение многих лет читающегося автором для студентов физического факультета Новосибирского Государственного Университета.
       В книге рассмотрены инженерные методы решения задач, возникающих при проектировании различного оборудования для научных экспериментов. Приведены данные о конструкционных материалах, применяемых в современных экспериментальных установках, и о современных способах их обработки. Изложены основы теории прочности материалов и методы расчета конструкций на прочность и жесткость в условиях статического и динамического нагружения. Рассматриваются методы расчета и конструирования вакуумных систем и их элементов, устройств, работающих в условиях значительных тепловых нагрузок, и электромагнитных устройств различного назначения.
       Все расчетные формулы даются в удобном для практического расчета виде, некоторые из них даются с выводами - для демонстрации использования необходимого математического аппарата.
       В "Приложениях" содержится большое количество справочных данных, позволяющих при решении конкретных задач в большинстве случаев обходиться без привлечения дополнительной справочной литературы.
       Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся разработкой и созданием экспериментальных установок различного назначения. Она может быть также использована в качестве учебного пособия студентами, магистрантами, аспирантами и преподавателями соответствующих специальностей вузов.

Предисловие 

Основные принятые обозначения

1. МАТЕРИАЛЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
1.1. Металлы и их деформация
1.2. Сплавы металлов.
Сплавы системы "железо-углерод"
Медь и ее сплавы
Алюминий и его сплавы
Сплавы с особыми свойствами
1.3. Титан, тугоплавкие металлы
1.4. Графит
1.5. Порошковые материалы
1.6. Стекло
1.7. Керамические материалы
1.8. Пластические массы

2.  ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Методы обработки
2.2. Обработка без снятия стружки
2.3. Обработка резанием
2.4. Специальные методы обработки
2.5. Термическая и химикотермическая обработка
2.6. Твердость материалов
2.7. Шероховатость поверхности

3. ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ          
3.1. Механические свойства материалов
3.2. Основы расчетов на прочность
3.2.1. Прочность и жесткость конструкций      
3.2.2. Запасы прочности и допускаемые напряжения      
3.2.3. Закон Гука. Нормальные и касательные напряжения      
3.2.4. Расчетные формы тел      
3.3. Напряжения и деформации при статическом нагружении
3.3.1. Растяжение      
3.3.2. Кручение      
3.3.3. Изгиб      
3.3.4. Граничные условия      
3.3.5. Примеры расчета балок на изгиб      
3.4. Прочность конструкций при динамическом нагружении
3.4.1. Коэффициент динамичности      
3.4.2. Свободные колебания и собственная частота      
3.4.3. Вынужденные колебания      
3.4.4. Действие различных возмущающих сил      
3.4.4.1. Гармоническая сила
3.4.4.2. Кратковременная постоянная сила - "прямоугольный импульс"
3.4.4.3. Периодические кратковременные импульсы
3.4.4.4. "Единичный толчок"
3.4.4.5. Биения
3.4.4.6. Линейно возрастающая сила.
3.4.4.7. Экспоненциально растущая сила.
3.4.4.8. Полусинусоидальный импульс силы.
3.4.4.9. Сила в виде выпрямленной синусоиды.
3.4.4.10. Пилообразно меняющаяся сила
3.4.5. О влиянии сил неупругого сопротивления      
3.4.6. О системах с распределенными параметрами      
3.4.7. Материалы при динамическом нагружении 
3.4.8. Примеры расчета      
3.5. О реальной прочности конструкций
3.5.1. Главные напряжения и типы напряженного состояния      
3.5.2. Критерии прочности      

4. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ В КОНСТРУКЦИЯХ          
4.1.  Общие требования
4.2. Неразъемные соединения
4.2.1. Сварные соединения      
4.2.1.1. Сварка плавлением.
4.2.1.2. Сварка давлением.
4.2.2. Паяные соединения      
4.2.3. Клеевые соединения      
4.2.4. Заклепочные соединения      
4.2.5. Прессовые соединения      
4.3. Разъемные соединения
4.3.1. Клиновые соединения      
4.3.2. Резьбовые соединения     
4.3.2.1. Основные параметры и соотношения.
4.3.2.2. Типы и обозначения резьб.
4.3.2.3. Прочность элементов соединения и подбор резьбы.
4.3.3. Шпоночные соединения и винтовые зажимы      

5. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВАКУУМНЫХ СИСТЕМ        
5.1. Основы вакуумной техники
5.1.1. Основные понятия и определения      
5.1.2. Поток газа в откачиваемом объеме      
5.1.2.1. Газоотделение
5.1.2.2. Газопроницаемость.
5.1.2.3. Натекание через неплотности и соединения.
5.1.3. Скорость откачки      
5.1.3.1. Вакуумные насосы.
5.1.3.2. Проводимость трубопровода.
5.1.3.3. Основное уравнение вакуумной техники и скорость откачки
объекта.
5.1.4. Дифференциальная откачка      
5.1.5. Примеры расчета      
5.2. Материалы вакуумных систем
5.2.1. Общие требования      
5.2.2. Стали в вакуумных системах      
5.2.3. Цветные металлы и сплавы      
5.2.4. Титан      
5.2.5. Специальные металлы и сплавы      
5.2.6. Неметаллические материалы в вакуумной технике      
5.3. Соединения элементов вакуумных систем
5.3.1. Общие требования      
5.3.2. Неразъемные вакуумноплотные соединения      
5.3.2.1. Вакуумноплотная сварка металлов.
5.3.2.2. Вакуумноплотная пайка металлов.
5.3.2.3. Вакуумноплотные металлостеклянные спаи.
5.3.2.4. Вакуумноплотные соединения металлов с керамикой.
5.3.3. Разъемные вакуумноплотные соединения      
5.3.3.1. Соединения с резиновыми уплотнителями.
5.3.3.2. Соединения с индиевыми уплотнителями.
5.3.3.3. Соединения с алюминиевыми и медными уплотнителями.
5.4. Вводы в вакуум
5.4.1. Вводы движения      
5.4.1.1. Вводы с неметаллическими уплотнителями.
5.4.1.2. Вводы с металлическими разделителями.
5.4.2. Электрические вакуумные вводы      

6. ТЕПЛОВЫЕ НАГРУЗКИ В КОНСТРУКЦИЯХ      
6.1. Основные положения
6.2. Тепловыделение в деталях
6.2.1. Электрический ток в проводнике      
6.2.1.1. Постоянный и переменный ток.
6.2.1.2. Скин-эффект.
6.2.2. Проводник в переменном магнитном поле      
6.2.3. Бомбардировка тел заряженными частицами      
6.2.3.1. Мощность в пучке заряженных частиц.
6.2.3.2. Мощность, идущая на нагрев бомбардируемого тела.
6.3. Теплоотвод и его виды
6.3.1. Основные понятия и определения      
6.3.2. Теплопроводность      
6.3.2.1. Закон Фурье.
6.3.2.2. Теплопроводность плоской стенки.
6.3.2.3. Теплопроводность цилиндрической стенки.
6.3.2.4. Контактная теплопроводность.
6.3.2.5. Примеры расчета
6.3.3. Конвективный теплообмен      
6.3.3.1. Закон Ньютона и коэффициент теплоотдачи.
6.3.3.2. Режимы течения жидкости и газа.
6.3.3.3. Конвективный теплообмен и теория подобия.
6.3.3.4. Примеры расчета.
6.3.3.5. Теплогидравлический расчет канала охлаждения.
6.3.4. Тепловое излучение      
6.3.4.1. Теплообмен излучением.
6.3.4.2. Потоки излучения.
6.3.4.3. Теплообмен излучением между телами.
6.3.4.4. Тепловые экраны.
6.3.5. Сложный теплообмен      
6.3.5.1. Последовательная и параллельная теплопередача.
6.3.5.2. Передача тепла через стержень.
6.3.5.3. О многомерной теплопередаче.
6.3.5.4. Примеры расчета.
6.4. Нестационарные процессы
6.4.1. Нагрев и охлаждение тел      
6.4.2. Время «выхода на режим»      
6.4.3. Установившийся режим при импульсном нагреве      
6.4.4. Нестационарная теплопроводность      
6.4.5. Нагрев тела пучком заряженных частиц      
6.5. О термоупругих напряжениях в элементах конструкций
6.5.1. Стержневые системы      
6.5.1.1. Стержень, закрепленный по торцам.
6.5.1.2. Последовательно соединенные стержни.
6.5.1.3. Стержни, соединенные параллельно.
6.5.2. Напряжения при бомбардировке тел заряженными частицами      
6.6. Пример расчета

7. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ
7.1.  Общие вопросы конструирования электромагнитных устройств
7.1.1. Магнитное поле      
7.1.1.1. Основные понятия и определения.
7.1.1.2. Закон полного тока.
7.1.2. Магнитные материалы      
7.1.3. Коэффициент рассеяния магнитного потока      
7.1.4. Постоянные и переменные поля      
7.1.5. Силовое действие магнитного поля      
7.1.5.1. Основные положения.
7.1.5.2. Расчет электромагнитных сил.
7.1.5.3. О порядке расчета напряженно-деформированного состояния
электромагнитных устройств.
7.1.6. Тепловой режим электромагнитных устройств      
7.1.6.1. Тепловые потери.
7.1.6.2. Теплоотвод и распределение температур.
7.1.7. Электромагнитные устройства и источники питания      
7.2. Электромагнитные устройства различного назначения
7.2.1. Поворотные магниты      
7.2.2. Корректоры      
7.2.3. Осесимметричные магнитные линзы      
7.2.4. Многополюсные магнитные элементы    
7.2.4.1. Квадрупольные линзы.
7.2.4.2. Секступольные и октупольные линзы.
7.2.5. Тяговые электромагниты      
7.2.5.1. Клапанные электромагниты.
7.2.5.2. Прямоходовые электромагниты.
7.2.5.3. Об электромагнитах переменного тока.

ПРИЛОЖЕНИЯ
П1. Физические свойства металлов и сплавов.
П2.  Механические свойства металлов и сплавов.
П3. Химический состав конструкционных материалов    
П4. Пределы изменения свойств технических стекол    
П5.  Физико-механические свойства электровакуумных стекол    
П6.  Основные свойства прозрачного кварцевого стекла    
П7.  Основные требования к электрофарфору и стеатитовой
керамике (ГОСТ 20419-83)
П8.  Основные требования к глиноземистым
и высокоглиноземистым материалам (ГОСТ 20419-83)
П9. Сравнение основных свойств различных керамических
материалов    
П10.  Основные свойства ультрафарфоровых и алюмоксидных
керамических материалов    
П11  Основные физико-механические свойства термопластов    
П12.  Основные физико-механические свойства слоистых
реактопластов.
П13. Системы с сосредоточенной массой    
П14.  Стержни постоянного поперечного сечения.
П15. Колебания струны    
П16. Колебания мембран.
П17. Прямоугольные и квадратные пластины
П18. Круговые пластины
П19. Колебания колец    
П20. Пределы выносливости сталей    
П21. Пределы выносливости цветных металлов и сплавов.
П22. Допускаемые нагрузки для винтов в резьбовых соединениях    
П23. Допускаемые нагрузки для гаек в резьбовых соединениях    
П24. Давление паров элементов
П25. Удельное газоотделение металлических материалов    
П26. Удельное газоотделение неметаллических материалов    
П27. Удельная газопроницаемость металлических материалов    
П28. Удельная газопроницаемость неметаллических материалов    
П29. Натекание через соединения    
П30.  Коэффициент Клаузинга для коротких трубопроводов
круглого сечения
П31.  Физико-механические свойства вакуумных резин    
П32. Припои, используемые в электрофизической технике.
П33.  Средние коэффициенты термического расширения
в диапазоне от 20°С до t°C    
П34. Физические свойства воды на линии насыщения    
П35. Физические свойства сухого воздуха при 760 мм рт.ст.
П36.  Коэффициенты местных сопротивлений.
П37. Интегральная степень черноты материалов    
П38. Значения показательных и гиперболических функций.
П39. Кривые намагничивания материалов    
П40. Магнитные проводимости элементарных трубок потока    
П41. Эксплуатационные температуры материалов    
П42.  Коэффициенты теплопроводности изоляционных
материалов    
П43. Намоточные коэффициенты.

Литература