中南大學(xué)金屬塑性加工原理試題答案

1、專業(yè)班級(jí)中南大學(xué)考試試卷（答案與評(píng)分細(xì)節(jié)）-線封密卷評(píng)-理處分曩績(jī)成試考者違，息信生考寫(xiě)填準(zhǔn)不外線封密，題答要不內(nèi)線封密-線封密卷評(píng)-2012 -2013學(xué)年二學(xué)期金塑性加工原理課程 時(shí)間110分鐘64學(xué)時(shí)，學(xué)分，閉卷，總分100分，占總評(píng)成績(jī)70% 2014年1月6日注意：所有答案均寫(xiě)在答題紙上，試卷上作答無(wú)效題號(hào)一二三四五六七八九十合計(jì)滿分1024302212100得分評(píng)卷人復(fù)查人塑性變形力學(xué)部分一、填空題（每空2分，共30分）得分評(píng)卷人1.1 Tresca屈服準(zhǔn)則與Mises屈服準(zhǔn)則的區(qū)別在于后者考慮了_中間主應(yīng) 力_的影響；二者在_有兩個(gè)主應(yīng)力分量相等的應(yīng)力 狀態(tài)下一致，在_ 平面應(yīng)變

2、/純剪切應(yīng)力狀態(tài)下差別最大，最大差別1154倍。1.2單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)的塑性應(yīng)變?cè)隽恐萪8p : d8p : d8p = 2：（-1）：123q_；純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的塑性應(yīng)變?cè)隽恐萪8,:d8p:d83 -如-1）。1.3已知平面應(yīng)變狀態(tài)下某點(diǎn)的應(yīng)變分量七=七,8 = -0.58 , Y = 0.58，則該點(diǎn)的應(yīng)變張量為：一 1.0 0.25 08 =80.25 -0.5 0ij 00001.4如圖所示，對(duì)于某種應(yīng)變硬化材料，沿著OA單向施加 拉應(yīng)力到A點(diǎn)開(kāi)始發(fā)生塑性屈服，繼續(xù)增加載荷到C點(diǎn)， 產(chǎn)生C的應(yīng)變；同樣，對(duì)該材料施加剪應(yīng)力到B點(diǎn)，開(kāi)始 發(fā)生塑性屈服；或者同時(shí)施加拉伸和剪切應(yīng)力，到

3、達(dá)F點(diǎn)開(kāi)題一（4）圖始發(fā)生塑性屈服。沿著OB或OF分別增加載荷到D和E點(diǎn)，其等效應(yīng)變e =e = e o E D C（1）沿DE曲線，由D點(diǎn)到E點(diǎn)，等效應(yīng)變e E= e D，這種加載路徑稱為：中性變載（2）沿OFE路徑加載，該加載方式屬于比例加載.（比例加載/非比例加載）。（3）由E點(diǎn)卸載到F點(diǎn)的過(guò)程中，等效應(yīng)力應(yīng)變呈_線性關(guān)系_ （線性關(guān)系/非線性關(guān)系）。（4）若對(duì)該材料施加剪應(yīng)力到B點(diǎn)，然后卸載到O點(diǎn)，則其殘余等效塑性應(yīng)變量 等于零（大 于零/小于零/等于零）。1.5與Levy-Mises增量理論相比，Prandtl-Reuss增量理論考慮了塑性變形過(guò)程中的 彈性變 形分量。對(duì)于小塑性應(yīng)變

4、問(wèn)題的求解，兩者中更合適的是Prandtl-Reuss增量理論。1.6標(biāo)距為10mm的拉伸試樣進(jìn)行單向拉伸時(shí)，夾頭速度為V（j=5mm/s，則拉伸初始工程應(yīng)變速率為：七=當(dāng)匕=（15 I。10 = 0.5 s-1，初始真應(yīng)變速率為：8.= ln(15/10) = 0.4 s-1tr得分評(píng)卷人二、分析計(jì)算題（共20分）2.1試推導(dǎo)在z方向受約束的平面應(yīng)變問(wèn)題的Mises和Tresca屈服條件表達(dá)式。（平面應(yīng)變問(wèn)題：6 Y Y 0,日0.5）（本題7分）z yx zx-、）八 _1_、四（j +b V = 0 nb . = 2（。+b ）y =y 0nMises屈服條件：CT T 0(2 分)b

5、) +C b ) +G b * + 6( 2 +T 2 +T 2 )= 2b 2（2分）Tresca屈服條件:（3分）X(bXyy zz xxy yz zxsbyb1+粉Tk 2 A b +b rf x2 y+(+ 6(T2 )= 2b2 n2l+T : 3 3b +bxy21+ T 2 = _b 2xy3 s2+T 2xy2-x2 /+ T 2 bxy s2xy 4 s2.2 Levy-Mises增量理論的假設(shè)有哪些？（本題4分）答：Levy-Mises增量理論的假設(shè)有：（1）材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變?cè)隽繛榱悖苄詰?yīng)變?cè)隽烤褪强偟膽?yīng)變?cè)隽?（2）材料符合Mises屈服準(zhǔn)則；（3）每一加載

6、瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變?cè)隽恐鬏S重合；（4）塑性變形時(shí)體積不變；2.3試簡(jiǎn)要描述采用工程法（主應(yīng)力法）進(jìn)行塑性力學(xué)解析的基本步驟和要點(diǎn)。（本題9分）答：工程法又稱為切塊法（Slab method），或主應(yīng)力法。它是一種近似解析法，通過(guò)對(duì)物體應(yīng)力 狀態(tài)作一些簡(jiǎn)化假設(shè)，建立以主應(yīng)力表示的簡(jiǎn)化平衡微分方程和近似塑性條件，然后結(jié)合邊界條 件聯(lián)立求解。其基本步驟和要點(diǎn)如下：1）將實(shí)際變形過(guò)程視具體情況簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問(wèn)題和軸對(duì)稱問(wèn)題，如平板壓縮、寬板軋制、 圓柱體鐓粗、棒材擠壓和拉拔等。（1分）2）假設(shè)變形體內(nèi)的應(yīng)力分布是均勻的，僅是一個(gè)坐標(biāo)的函數(shù)，這樣就可獲得近似的應(yīng)力平 衡微分方程；或直接在變形區(qū)內(nèi)截取單

7、元體切面上的正應(yīng)力，并假定為主應(yīng)力且均勻分布，由此 建立該單元體的應(yīng)力平衡微分方程（常微分方程）。（2分）3）采用近似的塑性條件。工程法把接觸面上的正應(yīng)力假定為主應(yīng)力。于是對(duì)于平面應(yīng)變問(wèn) 題，塑性條件（bx by）2+ 4t2= 4k2 可簡(jiǎn)化為：b -b = K = 2k 或 db db對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題，塑性條件（七-。2 + 3t 2 b t可簡(jiǎn)化為db，-dbz - 0。4）簡(jiǎn)化接觸面上的摩擦條件。（2分）采用以下兩種近似關(guān)系：庫(kù)侖摩擦定律：t k fb.（滑動(dòng)摩擦）常摩擦定律：t k = k（粘著摩擦）式中：t k 一摩擦應(yīng)力；。n 正應(yīng)力；k屈服切應(yīng)力（k =。/3 ）； f摩擦系數(shù)。

8、（2分）5）簡(jiǎn)化其它條件。例如不考慮工模具彈性變形的影響，材料變形為均質(zhì)和各向同性等。（1分）6）聯(lián)立求解。（1分）O-O專業(yè)班級(jí)O-O-線封密卷評(píng)-理處分卷績(jī)成試考者違，息信生考寫(xiě)填準(zhǔn)不外線封密，題答要不內(nèi)線封密-線封密卷評(píng)-塑性加工原理部分得分評(píng)卷人三、名詞解釋題（每小題2分，共10分）3.1動(dòng)態(tài)回復(fù)：在熱變形過(guò)程中所發(fā)生的回復(fù)現(xiàn)象。3.2塑性圖：反映金屬塑性指標(biāo)與溫度之間的關(guān)系圖形。3.3熱效應(yīng)：金屬在塑性變形過(guò)程中的發(fā)熱現(xiàn)象。3.4附加應(yīng)力：金屬塑性變形過(guò)程中，由于不均勻變形受到整體性限制 而在變形體內(nèi)引起的相互平衡的內(nèi)應(yīng)力。3.5第二類再結(jié)晶全圖：描述晶粒大小與變形程度及變形溫度之間

9、關(guān)系 的圖線構(gòu)成第二類再結(jié)晶全圖。,判斷題（每小題1分，共10分）得分評(píng)卷人4.1冷變形的纖維組織可通過(guò)完全再結(jié)晶退火消除。（”）4.2基本應(yīng)力是實(shí)測(cè)出來(lái)的應(yīng)力，它等于工作應(yīng)力、附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力三者的代數(shù)和。（X）4.3殘余應(yīng)力是變形結(jié)束后在工件內(nèi)殘留的一種自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。(V )4.4平輥軋制薄板時(shí)，若工作輥中間有凸度，則可能引起板材中部起浪， 邊部開(kāi)裂的缺陷。（V ）4.5塑性反映的是金屬的塑性變形能力的大小，而柔軟性反映的是變形 抗力的大小。（V ）4.6金屬塑性加工時(shí)被加工材料與工、模具之間的外縻擦總是給加工 過(guò)程帶來(lái)不利影響。（X）4.7相比于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，動(dòng)態(tài)回復(fù)給變形材料造成的

10、軟化效果更強(qiáng)烈。（X）4.8從微細(xì)觀的角度分析，金屬材料的均勻塑性變形是相對(duì)的，不均勻 變形是絕對(duì)的。（V ）4.94.10得分 五、問(wèn)答題（每小題10分，共30分）評(píng)卷人5.1什么是均勻變形與不均勻變形？均勻變形需滿足什么條件？研究塑性變形 分布的基本方法有哪些？ 答：變形區(qū)內(nèi)各金屬質(zhì)點(diǎn)的變形是位移的連續(xù)函數(shù)，就是均勻變形，反之就是不均勻變形。（3分）均勻變形需滿足的條件是：1）變形體各向同性；2）接觸表面沒(méi)有外縻擦；3）無(wú)外端作用；4）變形體在任何瞬間承受相等變形量。（4分）研究塑性變形分布的方法有：1）網(wǎng)格法；2）硬度法；3）比較晶粒法。（3分）5.2畫(huà)出模鍛、平輥軋制、棒材拉拔時(shí)的變形

11、力學(xué)圖。對(duì)于低塑性材料，開(kāi)坯應(yīng)采用上述方法中的 哪一種？為什么？答：模鍛的主應(yīng)力圖是三向壓縮、主變形圖是二向壓縮一向延伸；平輻軋制的主應(yīng)力圖是三向壓縮、 主變形圖是二向延伸一向壓縮；拉拔的主應(yīng)力圖二向壓縮一向延伸、主變形圖是二向壓縮一向延伸。（6分）對(duì)于低塑性材料，應(yīng)采用模鍛開(kāi)坯較好，因?yàn)椴牧险w處于強(qiáng)烈三向壓應(yīng)力狀態(tài)，且靜水壓力大。（4分）5.3什么是加工硬化？加工硬化對(duì)材料性能及加工過(guò)程有何影響？答：金屬材料在塑性變形過(guò)程（尤其是冷加工過(guò)程）中，隨著變形量的增加，材料的強(qiáng)度和硬度提高，而塑性與韌性下降的現(xiàn)象，稱為加工硬化。（4分）加工硬化材料的內(nèi)部位錯(cuò)密度提高，點(diǎn)陣畸變加劇，所以強(qiáng)度和硬度提高，使構(gòu)