金屬塑性成形原理試卷

1、西北工業(yè)大學(xué)考試試題（卷）評分標(biāo)準(zhǔn)2004 2005 學(xué)年第一學(xué)期 開課學(xué)院： 機(jī)電學(xué)院 課程： 金屬塑性成形原理 學(xué)時 48 考試日期 考試時間 2 小時 考試形式（閉 ）（ A）卷 考生班級 學(xué)號 姓名 一、填空題：（每題 3 分，共計(jì) 30 分） 1. 塑性是指： _ 在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力 。 2. 金屬的超塑性可分為 細(xì)晶 超塑性和 相變 超塑性兩大類。 3. 金屬單晶體變形的兩種主要方式有： 滑移 和 孿生 。 4. 影響金屬塑性的主要因素有： 化學(xué)成份，組織，變形溫度，應(yīng)變速率，變形力學(xué)條件 。 5. 等效應(yīng)力表達(dá)式： 。 6. 常用的摩擦條件及

2、其數(shù)學(xué)表達(dá)式： 庫倫摩擦條件 ，常摩擦條件 。 7. 平面是指： 通過坐標(biāo)原點(diǎn)并垂于等傾線的平面，其方程為 _ 。 8.一點(diǎn)的代數(shù)值最大的 _ 主應(yīng)力 _ 的指向稱為 第一主方向 ， 由 第一主方向順時針轉(zhuǎn) 所得滑移線即為 線。 9. 平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 z = 10. 在有限元法中：應(yīng)力矩陣 S= ， 單元內(nèi)部各點(diǎn)位移 U= 二、簡答題（共計(jì) 30 分） 1. 提高金屬塑性的主要途徑有哪些？（ 8 分） 答：提高金屬塑性的途徑有以下幾個方面： (1) 提高材料成分和組織的均勻性； 2' (2) 合理選擇變形溫度和應(yīng)變速率； 2' (3) 選擇三向壓縮性較強(qiáng)

3、的變形方式； 2' (4) 減小變形的不均勻性。 2' 2.  純剪切應(yīng)力狀態(tài)有何特點(diǎn)？（ 6 分） 答：純剪切應(yīng)力狀態(tài)下物體只發(fā)生形狀變化而不發(fā)生體積變化。 2' 純剪應(yīng)力狀態(tài)下單元體應(yīng)力偏量的主方向與單元體應(yīng)力張量的主方向一致，平均應(yīng)力 。 2' 其第一應(yīng)力不變量也為零。 2' 3. 塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)？（ 8 分） 答：在塑性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn)： (1) 應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合。 2' (2) 塑性變形時，可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比 。

4、2' (3) 對于應(yīng)變硬化材料，卸載后再重新加載時的屈服應(yīng)力就是報載時的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高。 2' (4) 塑性變形是不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不再保持單值關(guān)系。 2' 4. Levy-Mises 理論的基本假設(shè)是什么？（ 8 分） 答： Levy-Mises 理論是建立在以下四個假設(shè)基礎(chǔ)上的： (1) 材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變增量為零，塑性應(yīng)變增量就是總的應(yīng)變增量； 2' (2) 材料符合 Mises 屈服準(zhǔn)則，即 ； 2' (3) 每一加載瞬時，應(yīng)力主軸與應(yīng)變增量主軸重合； 2' (4) 塑性變形時體積不變，即 ，

5、所以應(yīng)變增量張量就是應(yīng)變增量偏張量，即 2' 三、計(jì)算題（共計(jì) 40 分） 1 、已知金屬變形體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為 Mpa ，求：（ 18 分） (1) 計(jì)算方向余弦為 l=1/2 ， m=1/2 ， n= 的斜截面上的正應(yīng)力大小。 (2) 應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量； (3) 主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力； 解： (1) 可首先求出方向余弦為（ l,m,n ）的斜截面上的應(yīng)力（ ） 4' 進(jìn)一步可求得斜截面上的正應(yīng)力 2' (2) 該應(yīng)力張量的靜水應(yīng)力 為 2' 其應(yīng)力偏張量 2' 應(yīng)力球張量 2' (3) 在主應(yīng)力面上可達(dá)到如下應(yīng)力平衡 2' 其中

6、 欲使上述方程有解，則 1' 即 解之則得應(yīng)力張量的三個主應(yīng)力 2' 對應(yīng)地，可得最大剪應(yīng)力 1' 2 、如圖所示，設(shè)有一半無限體，側(cè)面作用有均布壓應(yīng)力 ，試用主應(yīng)力法求單位流 動壓力 p 。（ 12 分） 取半無限體的半剖面，對圖中基元板塊（設(shè)其長為 l ）列平衡方程： （ 1 ） 2' 其中，設(shè) ， 為摩擦因子， 為材料屈服時的最大切應(yīng)力值， 、 均取絕對值。 由 (1) 式得 （ 2 ） 2' 采用絕對值表達(dá)的簡化屈服方程如下 （ 3 ） 1' 從而 （ 4 ） 2' 將 （ 2 ）（ 3 ）（ 4 ）式聯(lián)立求解，得 （ 5 ） 2

7、' 在邊界上， ，由（ 3 ）式，知 ，代入（ 5 ）式得 2' 最后得 （ 6 ） 1' 從而，單位流動壓力 （ 7 ） 2' 3 、（ 10 分）一理想剛塑性體在平砧頭間鐓粗到某一瞬間，條料的截面尺寸為 2a × 2a ，長度為 L ，較 2a 足夠大，可以認(rèn)為是平面變形。變形區(qū)由 A 、 B 、 C 、 D 四個剛性小塊組成（如圖示），此瞬間平砧頭速度為 ú i =1。（下砧板認(rèn)為靜止不動） 試畫出速端圖并用上限法求此條料的單位變形力 p*。 解：根據(jù)滑移線理論，可認(rèn)為變形區(qū)由對角線分成 的四個剛性三角形組成。剛性塊 B 、 D 為死區(qū)，隨 壓頭以速度 u 相向運(yùn)動；剛性塊 A 、 C 相對于 B 、 D 有相對運(yùn)動（速度間斷），其數(shù)值、方向可由速端圖 完全確定。 4' u * oA = u * oB = u * oC = u * oD =u/