金屬塑性成形理論試卷答案

1、一、簡(jiǎn)答題（40分，每題5分）： 1. 影響金屬塑性的外因有哪些？答（1）溫度 就大多數(shù)金屬和合金來說，隨著溫度升高，塑性增加。 （2）變形速度 變形速度對(duì)塑性的影響，實(shí)質(zhì)上是熱效應(yīng)在起作用。 （3）變形程度 一般冷變形都是隨著變形程度的增加而降低塑性。 （4）應(yīng)力狀態(tài) 壓應(yīng)力個(gè)數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬塑性越好。（5）變形狀態(tài) 主變形圖中壓縮分量越多，對(duì)充分發(fā)揮金屬的塑性越有利。（6）尺寸因素 一般是隨著體積的增大，塑性下降，但當(dāng)體積增大到一定程度后，塑性不再下降。 (7) 周圍介質(zhì)2. 試述冷變形后的金屬在以后加熱過程中（從室溫加熱到過熱溫度）組織和性能將發(fā)生什么樣的變化？答；冷塑性變形后的

2、金屬加熱時(shí)，通常是依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段的變化。（2分）冷變形金屬在回復(fù)時(shí)，顯微組織不發(fā)生變化，但晶體缺陷密度和它們的分布有所改變。這個(gè)過程是通過點(diǎn)缺陷消除、位錯(cuò)的對(duì)消和重新排列來實(shí)現(xiàn)的。（1分）冷變形后的金屬加熱時(shí)，其組織性能最顯著的變化是在再結(jié)晶階段發(fā)生的。通過各種影響因素對(duì)再結(jié)晶過程進(jìn)行控制，將對(duì)金屬材料的強(qiáng)韌性、熱強(qiáng)性、沖壓性和電磁性等發(fā)生重大影響。（1分）冷變形后的金屬在完成再結(jié)晶后，繼續(xù)加熱時(shí)會(huì)發(fā)生晶粒長(zhǎng)大。晶粒大小對(duì)金屬的性能有很大影響，晶粒越粗大，強(qiáng)度就越低。所以控制再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大在生產(chǎn)中是很重要的。3. 鑄態(tài)金屬經(jīng)過熱加工變形后，其強(qiáng)度和塑性有何變化，原因?yàn)楹?/p>

3、？鑄態(tài)金屬經(jīng)過熱加工變形后，其強(qiáng)度和塑性一般都會(huì)提高。（1分）因?yàn)椋鸿T態(tài)金屬組織中的縮孔、疏松、空隙、氣泡等缺陷得到壓密或焊合。在熱加工變形中可使晶粒細(xì)化和夾雜物破碎。（2分）形成纖維組織和帶狀組織也是熱加工變形的一個(gè)重要特征。由于纖維狀和帶狀組織的出現(xiàn)，使變形金屬在縱向和橫向具有不同的力學(xué)性能。（2分）4. 斷裂與塑性變形有什么關(guān)系，韌性斷裂機(jī)理是什么，如何控制韌性斷裂？塑性變形和斷裂是兩個(gè)相互聯(lián)系的競(jìng)爭(zhēng)過程，而塑性變形受阻導(dǎo)致裂紋生核和塑性變形發(fā)展導(dǎo)致裂紋長(zhǎng)大是構(gòu)成斷裂過程的兩個(gè)基本要素。（2分）第 1 頁 共 2 頁韌性斷裂的機(jī)理是：在外力的作用下，工件產(chǎn)生很大的塑性變形，位錯(cuò)在滑移面上

4、不斷運(yùn)動(dòng)和增殖，當(dāng)裂紋長(zhǎng)大到臨界尺寸時(shí)，裂紋便開始失穩(wěn)擴(kuò)展直到最后斷裂。（1分）要控制韌性斷裂應(yīng)當(dāng)從兩個(gè)大的方面著手：一是減少裂紋產(chǎn)生的可能性，就是要降低變形程度，減小工件內(nèi)部的拉一拉、增大靜水壓力等，二是促進(jìn)裂紋的療復(fù)，即增加回復(fù)、再結(jié)晶的速度。（2分）5. 應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義是什么？在一般情況下，應(yīng)力張量可以表示為兩個(gè)張量之和的形式 =x-myxzxm00 ijxyy-mzy+¨0m(2分)xzyzz-m00m第一個(gè)張量稱為偏差應(yīng)力張量，第二個(gè)張量稱為球應(yīng)力張量。（1分）球應(yīng)力張量只能改變物體內(nèi)給定微元的體積而不改變它的形狀；偏差應(yīng)力張量則只能改變微元的形狀而不改變

5、其體積，在研究物體的塑性變形時(shí)有重要意義，偏差應(yīng)力張量二次不變量可以作為金屬屈服的判據(jù)。（2分）6. 試解釋何為軸對(duì)稱變形狀態(tài)？畫出與其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變狀態(tài)圖示。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體承受的外力對(duì)稱于旋轉(zhuǎn)軸分布時(shí)，則物體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)所處的應(yīng)力狀態(tài)稱為軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)，相應(yīng)的變形為軸對(duì)稱變形。（1分）其對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變狀態(tài)圖示如下：（4分）7. 畫圖說明完全粗糙的接觸面上的應(yīng)力邊界條件。（主應(yīng)力、切應(yīng)力、滑移線及應(yīng)力圓） k-k8.試寫出最大塑性功原理的表達(dá)式，并說明式中各項(xiàng)的意義。'*' ijij)dijdV0 （2分）F3. 一中心扇形場(chǎng)，圓弧是線，徑向是線，若AB上mk，試求AC線上的m

6、。式中 ，dij符合應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的應(yīng)力偏量和應(yīng)變?cè)隽浚?#39;ij由于AB、AC都為直線，所以其上的靜水壓力不變。（2滿足同一屈服準(zhǔn)則的任意應(yīng)力偏量。 （2分）它表明符合增量理論關(guān)系的應(yīng)力狀態(tài)與塑性應(yīng)變?cè)隽克乃苄詰?yīng)變功為最大 （1分）二、計(jì)算題（60分，每題10分）600200ij 60-15001. 已知一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) Mpa，試求應(yīng)力空間中x-2y+2z=1的斜 00-100*'ij根據(jù)漢蓋應(yīng)力方程：mB2kB=mC2kC(沿滑移線）（4分） mCmB2k(B-C)=-k-2k=-(1+)k（4分）634. 如圖所示的薄壁圓管受壓力P和扭矩M的作用而屈服，試寫出此情況下的密賽斯

7、屈服準(zhǔn)則和屈雷斯卡屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式。n截面上的正應(yīng)力 和切應(yīng)力 為多少？n122 l，m，n(3分）222222222（2）2（2）2（2）212Slmn20060（）026.7MPaxxxyzx 3312Syxylymxzn=60（150）（）0120MPa33Szxzlzymzn00（100）86.7MPa(3分） 3222nxl+ymzn（2xylmyzmnzxnl)12222212 200（）(150）（）(100）（）（26000）333332222SxSySzn78.7MPa (2分）P+()2+2 2=0 3=-()2+2 (=)(3分）2222A根據(jù)屈雷斯卡屈服準(zhǔn)則：1-3=s

8、，得2+42=s2 (3分）x= xy= y=zxz=yz=0 (1分）1 =1222根據(jù)mises(x-y)2+(y-z)2+(z-x)2+6(xy+zy+xz)=s有2+32=s2 (3分）x0.01，y0.05，z0，xy0.08，yzzx=0，5. 物體中一點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)為試求主應(yīng)變。x-22.266.744.426.7115.6MPa (2分）yxx-zyn=yxzxzxzyx-(4分)=0得的三次方程3-J12-J2-J3=0222J1=x+y+z=0.06 J2=-(xy+yz+zx)+xy+zy+xz=5910-4 J3=02.圓柱體周圍作用有均布?jí)簯?yīng)力，如圖所示。用主應(yīng)力法求出鐓

9、出力P,（）畫出力學(xué)分析圖 （2分） （）寫出力平衡方程rzrr-+=0（1分）rzr假設(shè)r均勻分布，與Z無關(guān)，由于是圓柱體，所以r與也無關(guān)， rdr2故，假設(shè)剪應(yīng)力zr在Zzrrdrzh根據(jù)體積不變條件Vrz ，有dr=d，r根據(jù)mises的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有：根據(jù)mises屈服準(zhǔn)則，可得近似表達(dá)式為：rd2(4分)3-0.062-5910-4=0(2分)解得： 1=11.310-2 2=0 3=-5.310-26. 已知一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)如圖所示，試寫出其應(yīng)力偏量并畫出主應(yīng)變簡(jiǎn)圖。-100-150-200'=-150 1'=-100+150=50 2=-150+150=03' 3=-200+150=