材料成型基本原理課后答案與解析

1、.PAGE .第十三章 思考與練習(xí)簡(jiǎn)述滑移和孿生兩種塑性變形機(jī)理的主要區(qū)別。 答： 滑移是指晶體在外力的作用下,晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或切變?；瓶偸茄刂用芏茸畲蟮木婧途虬l(fā)生。孿生變形時(shí),需要達(dá)到一定的臨界切應(yīng)力值方可發(fā)生。在多晶體內(nèi),孿生變形是極其次要的一種補(bǔ)充變形方式。設(shè)有一簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)的雙晶體,如圖13-34所示,如果該金屬的滑移系是100 ,試問在應(yīng)力作用下,該雙晶體中哪一個(gè)晶體 首先發(fā)生滑移？為什么？ 答：晶體首先發(fā)生滑移,因?yàn)槭芰Φ姆较蚪咏浫∠?而接近硬取向。試分析多晶體塑性變形的特點(diǎn)。答：多晶體塑性變形體現(xiàn)了各晶粒變形的不同時(shí)性。多晶體

2、金屬的塑性變形還體現(xiàn)出晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性。多晶體變形的另一個(gè)特點(diǎn)還表現(xiàn)出變形的不均勻性。多晶體的晶粒越細(xì),單位體積內(nèi)晶界越多,塑性變形的抗力大,金屬的強(qiáng)度高。金屬的塑性越好。4. 晶粒大小對(duì)金屬塑性和變形抗力有何影響？答：晶粒越細(xì),單位體積內(nèi)晶界越多,塑性變形的抗力大,金屬的強(qiáng)度高。金屬的塑性越好。5. 合金的塑性變形有何特點(diǎn)？答：合金組織有單相固溶體合金、兩相或多相合金兩大類,它們的塑性變形的特點(diǎn)不相同。 單相固溶體合金的塑性變形是滑移和孿生,變形時(shí)主要受固溶強(qiáng)化作用, 多相合金的塑性變形的特點(diǎn)：多相合金除基體相外,還有其它相存在,呈兩相或多相合金,合金的塑性變形在很大程度上取決于第二相

3、的數(shù)量、形狀、大小和分布的形態(tài)。但從變形的機(jī)理來說,仍然是滑移和孿生。根據(jù)第二相又分為聚合型和彌散型,第二相粒子的尺寸與基體相晶粒尺寸屬于同一數(shù)量級(jí)時(shí),稱為聚合型兩相合金,只有當(dāng)?shù)诙酁檩^強(qiáng)相時(shí),才能對(duì)合金起到強(qiáng)化作用,當(dāng)發(fā)生塑性變形時(shí),首先在較弱的相中發(fā)生。當(dāng)?shù)诙嘁约?xì)小彌散的微粒均勻分布于基體相時(shí),稱為彌散型兩相合金,這種彌散型粒子能阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng),對(duì)金屬產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用,粒子越細(xì),彌散分布越均勻,強(qiáng)化的效果越好。6. 冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能有何影響？ 答：對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響：晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶；晶粒的形狀發(fā)生變化：隨變形程度的增加,等軸晶沿變形方向逐步伸長(zhǎng),當(dāng)變形量很大時(shí),晶

4、粒組織成纖維狀；晶粒的位向發(fā)生改變：晶粒在變形的同時(shí),也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),從而使得各晶粒的取向逐漸趨于一致?lián)駜?yōu)取向,從而形成變形織構(gòu)。對(duì)金屬性能的影響：塑性變形改變了金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu),因而改變了金屬的力學(xué)性能。隨著變形程度的增加,金屬的強(qiáng)度、硬度增加,而塑性和韌性相應(yīng)下降。即產(chǎn)生了加工硬化。7. 產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？它對(duì)金屬的塑性和塑性加工有何影響？ 答：加工硬化：在常溫狀態(tài)下,金屬的流動(dòng)應(yīng)力隨變形程度的增加而上升。為了使變形繼續(xù)下去,就需要增加變形外力或變形功。這種現(xiàn)象稱為加工硬化。加工硬化產(chǎn)生的原因主要是由于塑性變形引起位錯(cuò)密度增大,導(dǎo)致位錯(cuò)之間交互作用增強(qiáng),大量形成纏結(jié)、不動(dòng)位錯(cuò)等障礙,

5、形成高密度的位錯(cuò)林,使其余位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大,于是塑性變形抗力提高。8. 什么是動(dòng)態(tài)回復(fù)？動(dòng)態(tài)回復(fù)對(duì)金屬熱塑性變形的主要軟化機(jī)制是什么？ 答：動(dòng)態(tài)回復(fù)是層錯(cuò)能高的金屬熱變形過程中唯一的軟化機(jī)制。對(duì)于層錯(cuò)能高的金屬,變形位錯(cuò)的交滑移和攀移比較容易進(jìn)行,位錯(cuò)容易在滑移面間轉(zhuǎn)移,使異號(hào)位錯(cuò)互相抵消,其結(jié)果是位錯(cuò)密度下降,畸變能降低,達(dá)不到動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所需的能量水平。9. 什么是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶？影響動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的主要因素有哪些？ 答：在熱塑性變形過程中,層錯(cuò)能低的金屬在變形量很大時(shí),當(dāng)加熱升溫時(shí),原子具有相當(dāng)?shù)臄U(kuò)散能力,變形后的金屬自發(fā)地向低自由能狀態(tài)轉(zhuǎn)變,稱為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。影響動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的主要因素有：金屬的層錯(cuò)

6、能高低,晶界遷移的難易程度有關(guān)。10. 什么是擴(kuò)散性蠕變？它的作用機(jī)理是什么？ 答：擴(kuò)散蠕變是在應(yīng)力場(chǎng)作用下,由空位的定向移動(dòng)引起的。它的作用機(jī)理是在一定溫度下,晶體中總存在一定數(shù)量的空位。顯然,空位旁邊的原子容易跳入空位,相應(yīng)地在原子占據(jù)的結(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)新的空位,相當(dāng)于空位朝原子遷移的相反方向遷移。在應(yīng)力場(chǎng)作用下,受拉應(yīng)力的晶界的空位濃度高于其它部位的晶界,由于各部位空位的化學(xué)勢(shì)能差,而引起空位的定向轉(zhuǎn)移,即空位從垂直于拉應(yīng)力的晶界析出,而被平行于拉應(yīng)力的晶界所吸收。11. 鋼錠經(jīng)熱加工變形后的組織和性能發(fā)生什么變化？ 答：組織和性能發(fā)生什么變化：改善晶粒組織鍛合內(nèi)部缺陷形成纖維狀組織改善碳化物

7、和夾雜物分布改善偏析。12. 雜質(zhì)元素和合金元素對(duì)鋼的塑性有何影響？答：雜質(zhì)元素,如P、S、N、H、O等,合金元素Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。對(duì)金屬塑性的影響主要表現(xiàn)為:碳 碳對(duì)碳鋼性能的影響最大。碳能固溶于鐵,形成鐵素體和奧氏體,它們具有良好的塑性。當(dāng)鐵中的碳含量超過其溶碳能力時(shí),多余的碳便以滲碳體Fe3C形式出現(xiàn),它具有很高的硬度,而塑性幾乎為零。磷磷是鋼中的有害雜質(zhì),在鋼中有很大的溶解度,易溶于鐵素體,使鋼的塑性降低,在低溫時(shí)更為嚴(yán)重,這種現(xiàn)象稱為冷脆性。此外,磷具有極大的偏析傾向,能促使奧氏體晶粒長(zhǎng)大。硫 硫是鋼中的有害物質(zhì),主要與鐵形成FeS,FeS與鐵形成易熔共晶

8、體Fe-FeS,產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。氮 氮在鋼中主要以氮化物Fe4N形式存在。在300C左右加工,會(huì)出現(xiàn)所謂的藍(lán)脆現(xiàn)象。氫、氧 氧在鋼中溶解度很小,主要以Fe3O4、 Al2O3和SiO2等夾雜物出現(xiàn),降低鋼的塑性； Fe3O4還與FeS形成易熔共晶體,分布于晶界處,造成鋼的熱脆性。鋼中溶氫,會(huì)使鋼的塑性、韌性下降,造成所謂氫脆。錳 作用之一是顯著提高鐵素體強(qiáng)度；作用之二是脫硫,錳與硫化合生成MnS,以消除FeS的熱脆現(xiàn)象。 錫、鉍、鉛、銻、砷 這幾種低熔點(diǎn)合金元素在鋼中的溶解度很低,它們?cè)阡撝幸约兘饘傧啻嬖谟诰Ы?易造成鋼的熱脆性。稀土元素 鋼中加入少量稀土元素可以改善鋼的塑性,但加入過量的稀土元

9、素會(huì)在晶界處析出,反而會(huì)降低塑性。13. 組織狀態(tài)、變形溫度應(yīng)變速率對(duì)金屬塑性有何影響？答：組織狀態(tài)狀態(tài)對(duì)金屬塑性的影響：當(dāng)金屬材料的化學(xué)成分一定時(shí),組織狀態(tài)的不同,對(duì)金屬的塑性有很大影響。晶格類型的影響,面心立方滑移系12個(gè)的金屬塑性最好；體心立方晶格滑移系12個(gè)塑性次之,密排六方晶格的金屬塑性更差。晶粒度的影響,晶粒度越小,塑性越高,晶粒度均勻的塑性好,晶粒大小相差懸殊的多晶體,各晶粒間的變形難易程度不同,造成變形和應(yīng)力分布不均勻,所以塑性降低。相組成的影響,當(dāng)合金元素以單相固溶體形式存在時(shí),金屬的塑性較高；當(dāng)合金元素以過剩相存在時(shí),塑性較低。鑄造組成的影響,鑄造組織具有粗大的柱狀晶粒,具

10、有偏析、夾雜、氣泡、疏松等缺陷,因而塑性較差。變形溫度對(duì)金屬塑性的影響：對(duì)大多少金屬而言,總的趨勢(shì)是隨著溫度升高,塑性增加。但是這種增加并不是線性的,在加熱的某些溫度區(qū)間,由于相態(tài)或晶界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆性區(qū),使金屬的塑性降低。藍(lán)脆區(qū)和熱脆區(qū)應(yīng)變速率對(duì)金屬塑性的影響：應(yīng)變速率可以理解成變形速度,提高應(yīng)變速率,沒有足夠的時(shí)間進(jìn)行回復(fù)或再結(jié)晶,對(duì)金屬的軟化過程不能充分體現(xiàn),使金屬塑性降低。但提高應(yīng)變速率,在一定程度上使金屬溫度升高,溫度效應(yīng)增加,溫度的升高可以促使變形過程中的位錯(cuò)重新調(diào)整,有利于金屬塑性提高；提高應(yīng)變速率可以降低摩擦因數(shù),從而降低金屬的的流動(dòng)阻力,改善金屬的充填性。而且,在非常高的

11、應(yīng)變速率下如爆炸成形對(duì)塑性較差的難成形金屬的塑性加工是有利的。14. 化學(xué)成分、組織狀態(tài)、變形溫度、變形程度對(duì)變形抗力有何影響？ 答：化學(xué)成分：對(duì)于純金屬,純度越高,變形抗力越小。對(duì)于合金,主要取決于合金元素的原子與基體原子間相互作用的特性、合金原子在基體原子中的分布等有關(guān)。合金元素引起基體點(diǎn)陣畸變程度越大,金屬的變形抗力也越大。組織狀態(tài)：退火狀態(tài)下,金屬和合金的變形抗力會(huì)大大降低。組織結(jié)構(gòu)的變化,例如發(fā)生相變時(shí),變形抗力也發(fā)生變化。一般地說,硬而脆的第二相在基體相晶粒內(nèi)呈顆粒狀彌散分布時(shí),合金的變形抗力就高；且第二相越細(xì),分布越均勻,數(shù)量越多,變形抗力就越大。金屬和合金的晶粒越細(xì),同一體積內(nèi)

12、的晶界越多,在室溫下由于晶界強(qiáng)度高于晶內(nèi),所以變形抗力就高。變形溫度：變形抗力一般都隨溫度的升高而降低。變形程度： 變形程度的增加,只要回復(fù)和再結(jié)晶過程來不及進(jìn)行,必然會(huì)產(chǎn)生加工硬化,使繼續(xù)變形發(fā)生困難,因而變形抗力增加。但當(dāng)變形程度較高時(shí),隨著變形程度的進(jìn)一步增加,變形抗力的增加變得比較緩慢,因?yàn)檫@時(shí)晶格畸變能增加,促進(jìn)了回復(fù)與再結(jié)晶過程的進(jìn)行,以及變形熱效應(yīng)的作用加強(qiáng)。15. 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)金屬的塑性和變形抗力有何影響？答：塑性：金屬在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。應(yīng)力狀態(tài)不同對(duì)塑性的影響也不同：主應(yīng)力圖中壓應(yīng)力個(gè)數(shù)越多,數(shù)值越大,則金屬的塑性越高；拉應(yīng)力個(gè)數(shù)越多,數(shù)值越大,則

13、金屬的塑性就越低。這是由于拉應(yīng)力促進(jìn)晶間變形,加速晶界破壞,而壓應(yīng)力阻止或減小晶間變形；另外,三向壓應(yīng)力有利于抑制或消除晶體中由于塑性變形而引起的各種微觀破壞,而拉應(yīng)力則相反,它使各種破壞發(fā)展,擴(kuò)大。變形抗力：變形抗力：金屬在發(fā)生塑性變形時(shí),產(chǎn)生抵抗變形的能力,稱為變形抗力,一般用接觸面上平均單位面積變形力表示應(yīng)力狀態(tài)不同,變形抗力不同。如擠壓時(shí)金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài),拉拔時(shí)金屬處于一向受拉二向受壓的應(yīng)力狀態(tài)。擠壓時(shí)的變形抗力遠(yuǎn)比拉拔時(shí)變形抗力大。16. 什么是金屬的超塑性？超塑性變形有什么特征？答：在一些特定條件下,如一定的化學(xué)成分、特定的顯微組織、特定的變形溫度和應(yīng)變速率等,金屬會(huì)表現(xiàn)出異

14、乎尋常的高塑性狀態(tài),即所謂超常的塑性變形。超塑性效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)：大伸長(zhǎng)率、無縮頸、低流動(dòng)應(yīng)力、對(duì)應(yīng)變速率的敏感性、易成形。17. 解釋超塑性變形的機(jī)理。答：超塑性變形行為是很復(fù)雜的,變形機(jī)理也還處在研究探索之中。目前有這樣幾種解釋：晶界滑移的作用；擴(kuò)散蠕變的作用；動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的作用。19.什么是溫度效應(yīng)？冷變形和熱變形時(shí)變形速度對(duì)塑性的影響有何不同？溫度效應(yīng)：由于塑性變形過程中產(chǎn)生的熱量使變形體溫度升高的現(xiàn)象。一般來說,冷變形時(shí),隨著應(yīng)變速率的增加,開始時(shí)塑性略有下降,以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng),塑性會(huì)有較大的回升；而熱變形時(shí),隨著應(yīng)變速率的增加,開始時(shí)塑性通常會(huì)有較顯著的降低,以

15、后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng),而使塑性有所回升,但若此時(shí)溫度效應(yīng)過大,已知實(shí)際變形溫度有塑性區(qū)進(jìn)入高溫脆區(qū),則金屬的塑性又急速下降。14 思考與練習(xí)1. 什么叫張量？張量有什么性質(zhì)？答：張量：由若干個(gè)當(dāng)坐標(biāo)系改變時(shí)滿足轉(zhuǎn)換關(guān)系的分量組成的集合,稱為張量,需要用空間坐標(biāo)系中的三個(gè)矢量,即9個(gè)分量才能完整地表示。它的重要特征是在不同的坐標(biāo)系中分量之間可以用一定的線性關(guān)系來換算?；拘再|(zhì)：1 張量不變量 張量的分量一定可以組成某些函數(shù),這些函數(shù)值與坐標(biāo)軸無關(guān),它不隨坐標(biāo)而改變,這樣的函數(shù),叫做張量不變量。二階張量存在三個(gè)獨(dú)立的不變量。2 張量可以疊加和分解幾個(gè)同階張量各對(duì)應(yīng)的分量之和或差定義為另一個(gè)同階張量

16、。兩個(gè)相同的張量之差定義為零張量。3張量可分為對(duì)稱張量、非對(duì)稱張量、反對(duì)稱張量 若張量具有性質(zhì),就叫對(duì)稱張量；若張量具有性質(zhì),且當(dāng)i=j時(shí)對(duì)應(yīng)的分量為0,則叫反對(duì)稱張量；如果張量,就叫非對(duì)稱張量。任意非對(duì)稱張量可以分解為一個(gè)對(duì)稱張量和一個(gè)反對(duì)稱張量。4 二階對(duì)稱張量存在三個(gè)主軸和三個(gè)主值 如果以主軸為坐標(biāo)軸,則兩個(gè)下角標(biāo)不同的分量均為零,只留下兩個(gè)下角標(biāo)相同的三個(gè)分量,叫作主值。2. 如何表示任意斜微分面上的應(yīng)力？答：若過一點(diǎn)的三個(gè)互相垂直的微分面上的九個(gè)應(yīng)力分量已知,則借助靜力平衡條件,該點(diǎn)任意方向上的應(yīng)力分量可以確定。如圖14-1所示,設(shè)過Q點(diǎn)任一斜切面的法線N與三個(gè)坐標(biāo)軸的方向余弦為l,

17、m,n,圖14-1 任意斜切微分面上的應(yīng)力l=cos; 圖14-1 任意斜切微分面上的應(yīng)力m=cos; n=cos。 若斜微分面ABC的面積為dF, 微分面OBC、OCA、OAB的微分面積分別為dFx、dFy、dFz, 則各微分面之間的關(guān)系為dFx=ldF；dFy= mdF；dFz=ndF又設(shè)斜微分面ABC上的全應(yīng)力為S,它在三坐標(biāo)軸方向上的分量為Sx 、Sy 、Sz,由靜力平衡條件,得：整理得 14-6用角標(biāo)符號(hào)簡(jiǎn)記為 顯然,全應(yīng)力 斜微分面上的正應(yīng)力為全應(yīng)力在法線N方向的投影,它等于,在N方向上的投影之和,即 14-7斜切微分面上的切應(yīng)力為 14-8所以,已知過一點(diǎn)的三個(gè)正交微分面上9個(gè)應(yīng)

18、力分量,可以求出過該點(diǎn)任意方向微分面上的應(yīng)力,也就是說,這9個(gè)應(yīng)力分量可以全面表示該點(diǎn)應(yīng)力狀況,亦即可以確定該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。3. 應(yīng)力張量不變量如何表達(dá)？答：應(yīng)力張量的三個(gè)不變量為 其中、為應(yīng)力張量第一、第二、第三不變量。4. 應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義是什么？答：應(yīng)力：在外力的作用下,變形體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生相互作用的力,稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應(yīng)力,可采用截面法進(jìn)行分析應(yīng)力球張量：也稱靜水應(yīng)力狀態(tài),其任何方向都是主方向,且主應(yīng)力相同,均為平均應(yīng)力。特點(diǎn)：在任何切平面上都沒有切應(yīng)力,所以不能使物體產(chǎn)生形狀變化,而只能產(chǎn)生體積變化,即不能使物體產(chǎn)生塑性變形。應(yīng)力偏張量：是由原應(yīng)力張量

19、分解出應(yīng)力球張量后得到的。應(yīng)力偏張量的切應(yīng)力分量、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力及應(yīng)力主軸等都與原應(yīng)力張量相同。特點(diǎn)：應(yīng)力偏張量只使物體產(chǎn)生形狀變化,而不能產(chǎn)生體積變化。材料的塑性變形是由應(yīng)力偏張量引起的。5. 平面應(yīng)力狀態(tài)和純切應(yīng)力狀態(tài)有何特點(diǎn)?答：平面應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn)為：變形體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)與某坐標(biāo)軸垂直的平面上沒有應(yīng)力。純切應(yīng)力狀態(tài)：6. 等效應(yīng)力有何特點(diǎn)？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。答：等效應(yīng)力的特點(diǎn)：等效應(yīng)力不能在特定微分平面上表示出來,但它可以在一定意義上代表整個(gè)應(yīng)力狀態(tài)中的偏張量部分,因而與材料的塑性變形密切有關(guān)。人們把它稱為廣義應(yīng)力或應(yīng)力強(qiáng)度。等效應(yīng)力也是一個(gè)不變量。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：等效應(yīng)力在主軸坐標(biāo)系

20、中定義為在任意坐標(biāo)系中定義為7. 已知受力物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為 MPa,試求外法線方向余弦為l=m=1/2,n=的斜切面上的全應(yīng)力、正應(yīng)力和切應(yīng)力。解：設(shè)全應(yīng)力為S, , 分別為S在三軸中的分量, 則有:=50+ 50+80=106.6 =50+0-75=-28.0=80-75-30=-18.7 則得到 S 111.79 MPa 則得到 26.1 MPa而 則得到 108.7 MPa8. 已知受力體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量分別為, 1 畫出該點(diǎn)的應(yīng)力單元體；2 求出該點(diǎn)的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力及主方向、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力、等效應(yīng)力、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；3 畫出該點(diǎn)的應(yīng)力莫爾圓。解：1略2在狀態(tài)

21、下：J=+=10J=-+=200J=+2-=0式和由 20 , 0 , -10 代入公式對(duì)于20時(shí)： 對(duì)于0時(shí)： 對(duì)于10時(shí)： 主切應(yīng)力 最大切應(yīng)力等效應(yīng)力： 應(yīng)力偏張量： 故 應(yīng)力球張量： 9. 某受力物體內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)為：,試從滿足平衡微分方程的條件中求系數(shù)、。解：由平衡微分條件：思考與練習(xí)151. 陳述下列術(shù)語的物理含義：位移,位移分量,線應(yīng)變,工程切應(yīng)變,對(duì)數(shù)應(yīng)變,主應(yīng)變,主切應(yīng)變,最大切應(yīng)變,應(yīng)變張量不變量,等效應(yīng)變,應(yīng)變?cè)隽?應(yīng)變速率,位移速度。答：位移：變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)Mx,y,z變形后移動(dòng)到M1,我們把它們?cè)谧冃吻昂蟮闹本€距離稱為位移；位移分量：在坐標(biāo)系中,一點(diǎn)的位移矢量在三個(gè)坐標(biāo)軸上的

22、投影稱為該點(diǎn)的位移分量；線應(yīng)變：表示線元的單位長(zhǎng)度的變化；工程切應(yīng)變：?jiǎn)卧w在某一平面內(nèi)發(fā)生了角度的變化；對(duì)數(shù)應(yīng)變：對(duì)數(shù)應(yīng)變真實(shí)反映變形的累積過程,表示在應(yīng)變主軸不變的情況下應(yīng)變?cè)隽康目偤停恢鲬?yīng)變：發(fā)生在主平面單位面積上的內(nèi)力稱為主應(yīng)力；主切應(yīng)變：發(fā)生在主切平面上的應(yīng)變；最大切應(yīng)變：主切應(yīng)變中絕對(duì)值最大的一個(gè)稱為最大切應(yīng)變應(yīng)變張量不變量：對(duì)于一個(gè)確定的應(yīng)變狀態(tài),主應(yīng)變只有一組值,即主應(yīng)變具有單值性。由此,應(yīng)變張量、也應(yīng)是單值的,所以將、稱為應(yīng)變張量不變量。等效應(yīng)變：一個(gè)不變量,在數(shù)值上等于單向均勻拉伸或壓縮方向上的線應(yīng)變。等效應(yīng)變又稱廣義應(yīng)變。應(yīng)變?cè)隽浚核苄宰冃问且粋€(gè)大變形過程,在變形的整個(gè)過

23、程中,質(zhì)點(diǎn)在某一瞬時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)一般對(duì)應(yīng)于該瞬時(shí)的應(yīng)變?cè)隽繎?yīng)變速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的應(yīng)變稱為應(yīng)變速率。位移速度：質(zhì)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)的位移叫做位移速度。2. 如何完整地表示受力物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)？答：質(zhì)點(diǎn)的三個(gè)互相垂直方向上的9個(gè)應(yīng)變分量確定了該店的應(yīng)變狀態(tài)。已知這9個(gè)應(yīng)變分量組成一個(gè)應(yīng)變張量,用表示,則 ,即可完整的表示受力物體內(nèi)的應(yīng)變狀態(tài)。3. 應(yīng)變偏張量和應(yīng)變球張量代表什么物理意義？答：應(yīng)變張量可以分解為應(yīng)變球張量和應(yīng)變偏張量,應(yīng)變偏張量表示單元體形狀變化,應(yīng)變球張量表示單元體體積變化。4. 應(yīng)變張量和應(yīng)變偏張量有何關(guān)系？答：應(yīng)變張量與應(yīng)力張量具有同樣的性質(zhì),主要有：1存在三個(gè)互相垂直的主方向,

24、在該方向上線元只有主應(yīng)變而無切應(yīng)變。用、表示主應(yīng)變,則主應(yīng)變張量為主應(yīng)變可由應(yīng)變狀態(tài)特征方程求得。2存在三個(gè)應(yīng)變張量不變量、,且對(duì)于塑性變形,由體積不變條件,3在與主應(yīng)變方向成方向上存在主切應(yīng)變,其大小為, , 若,則最大切應(yīng)變?yōu)?應(yīng)變張量可以分解為應(yīng)變球張量和應(yīng)變偏張量式中,為平均應(yīng)變；為應(yīng)變偏張量,表示變形單元體形狀變化；為應(yīng)變球張量,表示變形單元體體積變化。5存在應(yīng)變張量的等效應(yīng)變=等效應(yīng)變的特點(diǎn)是一個(gè)不變量,在數(shù)值上等于單向均勻拉伸或均勻壓縮方向上的線應(yīng)變。等效應(yīng)變又稱廣義應(yīng)變,在屈服準(zhǔn)則和強(qiáng)度分析中經(jīng)常用到它。6與應(yīng)力莫爾圓一樣,可以用應(yīng)變莫爾圓表示一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)。設(shè)已知主應(yīng)變、和的

25、值,且,可以在平面上,分別以、為圓心,以、為半徑畫三個(gè)圓。5. 小應(yīng)變幾何方程和變形協(xié)調(diào)方程各如何表示？它們有何意義？答：小應(yīng)變幾何方程：物理意義：表示小變形時(shí)位移分量和應(yīng)變分量之間的關(guān)系,是由變形幾何關(guān)系得到的,稱為小應(yīng)變幾何方程,又稱柯西幾何方程。如果物體中的位移場(chǎng)已知,則可由上述小應(yīng)變幾何方程求得應(yīng)變場(chǎng)。變形協(xié)調(diào)方程：物理意義：只有當(dāng)應(yīng)變分量之間滿足一定的關(guān)系時(shí),物體變形后才是連續(xù)的。否則,變形后會(huì)出現(xiàn)撕裂或重疊,變形體的連續(xù)性遭到破壞。6. 速度分量、位移增量、應(yīng)變?cè)隽亢蛻?yīng)變速率增量是如何定義的？答：速度分量：在塑性變形過程中,物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)以一定的速度運(yùn)動(dòng),形成一個(gè)速度場(chǎng)。將質(zhì)點(diǎn)在單位

26、時(shí)間內(nèi)的位移叫做位移速度,它在三個(gè)坐標(biāo)軸方向的分量叫做位移速度分量,簡(jiǎn)稱速度分量；位移增量：物體在變形過程中,在某一極短的瞬時(shí)dt,質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的位移改變量稱為位移增量；應(yīng)變?cè)隽浚核苄宰冃问且粋€(gè)大變形過程,在變形的整個(gè)過程中,質(zhì)點(diǎn)在某一瞬時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)一般對(duì)應(yīng)于該瞬時(shí)的應(yīng)變?cè)隽?；?yīng)變速率增量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的應(yīng)變稱為應(yīng)變速率,又稱變形速度。在時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變?yōu)閼?yīng)變速率增量。7. 對(duì)數(shù)應(yīng)變有何特點(diǎn)？它與相對(duì)線應(yīng)變有何關(guān)系？答：對(duì)數(shù)應(yīng)變特點(diǎn)： 對(duì)數(shù)應(yīng)變適用于大變形；疊加性 設(shè)某物體的原長(zhǎng)度為l0,歷經(jīng)變形過程l1、l2到 l3,則總的對(duì)數(shù)應(yīng)變?yōu)楦鞣至繉?duì)數(shù)應(yīng)變之和,即= 1+ 2+ 3對(duì)應(yīng)的各階段的相對(duì)應(yīng)

27、變?yōu)椋?； 顯然, 這表明,對(duì)數(shù)應(yīng)變具有可疊加性,而相對(duì)應(yīng)變不具有可疊加性。3可比性 對(duì)數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變,相對(duì)應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變。假設(shè)將試樣拉長(zhǎng)一倍,再壓縮一半,則物體的變形程度相同。拉長(zhǎng)一倍時(shí)壓縮一半時(shí)負(fù)號(hào)表示應(yīng)變方向相反。而用相對(duì)應(yīng)變時(shí),以上情況分別為因而,相對(duì)應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變。8. 平面應(yīng)變狀態(tài)、軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)各有什么特點(diǎn)？答：平面變形狀態(tài)下的應(yīng)力狀態(tài)有如下特點(diǎn)：沒有變形的z方向?yàn)橹鞣较?該方向上的切應(yīng)力為零,z平面為主平面,為中間主應(yīng)力,在塑性狀態(tài)下,等于平均應(yīng)力,即由于應(yīng)力分量、沿z軸均勻分布,與z軸無關(guān),所有平衡微分方程與平面應(yīng)力問題相同。如果處于變形狀態(tài),發(fā)生變形的z平面即為塑性流

28、動(dòng)平面,平面塑性應(yīng)變狀態(tài)下的應(yīng)力張量可寫成：或9. 設(shè)一物體在變形過程中某一極短時(shí)間內(nèi)的位移為試求：點(diǎn),的應(yīng)變分量、應(yīng)變球張量、應(yīng)變偏張量、主應(yīng)變、等效應(yīng)變解：由幾何方程來求得應(yīng)變分量根據(jù)公式和應(yīng)變球張量表達(dá)式求球量再根據(jù)來求應(yīng)變偏張量先求三個(gè)應(yīng)變張量不變量代入特征方程可求。 , , 然后根據(jù)可求等效應(yīng)變10. 試判斷下列應(yīng)變場(chǎng)能否存在：12第十六章 思考與練習(xí)1. 解釋下列概念條件應(yīng)力；真實(shí)應(yīng)力；理想塑性；彈塑性硬化；剛塑性硬化；Tresca屈服準(zhǔn)則；Mises屈服準(zhǔn)則；屈服軌跡；平面；等向強(qiáng)化。答：條件應(yīng)力：室溫下在萬能材料拉伸機(jī)上準(zhǔn)靜態(tài)拉伸/S標(biāo)準(zhǔn)試樣,記錄下來的拉伸力與試樣標(biāo)距的絕對(duì)伸

29、長(zhǎng)之間的關(guān)系曲線稱為拉伸圖。若試樣的初始橫截面面積為,標(biāo)距長(zhǎng)為,則條件應(yīng)力, 真實(shí)應(yīng)力 試樣瞬時(shí)橫截面上所作用的應(yīng)力稱為真實(shí)應(yīng)力,亦稱為流動(dòng)應(yīng)力。屈服準(zhǔn)則是材料質(zhì)點(diǎn)發(fā)生屈服而進(jìn)入塑性狀態(tài)的判據(jù),也稱為塑性條件。Tresca屈服準(zhǔn)則：1864年法國工程師H. Tresca提出材料的屈服與最大切應(yīng)力有關(guān),即當(dāng)材料質(zhì)點(diǎn)中最大切應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí),該質(zhì)點(diǎn)就發(fā)生屈服。或者說,質(zhì)點(diǎn)處于塑性狀態(tài)時(shí),其最大切應(yīng)力是不變的定值,該定值取決于材料的性質(zhì),而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。所以Tresca屈服準(zhǔn)則又稱為最大切應(yīng)力不變條件,當(dāng)123時(shí),則 或 密塞斯Von Mises屈服準(zhǔn)則：即當(dāng)?shù)刃?yīng)力 達(dá)到定值時(shí),材料質(zhì)點(diǎn)發(fā)生屈

30、服。材料處于塑性狀態(tài)時(shí),其等效應(yīng)力是不變的定值,該定值取決于材料的性質(zhì),而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。表達(dá)式如下：常數(shù)C根據(jù)單向拉伸實(shí)驗(yàn)確定為s,于是Mises屈服準(zhǔn)則可寫成：2. 如何用單向拉伸試驗(yàn)繪制材料的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線？有哪些常見的簡(jiǎn)化形式？答： 真實(shí)應(yīng)力 試樣瞬時(shí)橫截面上所作用的應(yīng)力稱為真實(shí)應(yīng)力,亦稱為流動(dòng)應(yīng)力。 16-2由于試樣的瞬時(shí)截面面積與原始截面面積有如下關(guān)系：所以 16-3真實(shí)應(yīng)變 設(shè)初始長(zhǎng)度為的試樣在變形過程中某時(shí)刻的長(zhǎng)度為,定義真實(shí)應(yīng)變?yōu)?16-4真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線 在均勻變形階段,根據(jù)式16-3和16-4將條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線直接變換成真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,即曲線,如圖16-2所示

31、。在b點(diǎn)以后,由于出現(xiàn)縮頸,不再是均勻變形,上述公式不再成立。因此,b點(diǎn)以后的曲線只能近似作出。一般記錄下斷裂點(diǎn)k的試樣橫截面面積,按下式計(jì)算k點(diǎn)的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線。, 16-5這樣便可作出曲線的段。但由于出現(xiàn)縮頸后,試樣的形狀發(fā)生了明顯的變化,縮頸部位應(yīng)力狀態(tài)已變?yōu)槿蚶瓚?yīng)力狀態(tài),實(shí)驗(yàn)表明,縮頸斷面上的徑向應(yīng)力和軸向應(yīng)力的分布如圖16-3。頸縮邊緣處受單向拉伸應(yīng)力作用,中心處軸向拉伸應(yīng)力大于,這一由于出現(xiàn)縮頸而產(chǎn)生的應(yīng)力升高現(xiàn)象,稱為形狀硬化。因此,必須加以修正。齊別爾E. Siebel等人提出用下式對(duì)曲線的段進(jìn)行修正,即 16-6式中,是去除形狀硬化后的真實(shí)應(yīng)力 MPa；是縮頸處直徑mm

32、；是縮頸處試樣外形的曲率半徑mm。從圖16-2可看出,曲線在失穩(wěn)點(diǎn)b后仍然是上升的,這說明材料抵抗塑性變形的能力隨應(yīng)變的增加而增加,即不斷地硬化,所以真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線也稱為硬化曲線。由有四種常見的形式。圖16-3圖16-3上的應(yīng)力分布圖16-2 拉伸實(shí)驗(yàn)曲線a 條件應(yīng)力-應(yīng)變曲線 b 真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線3. 單向拉伸塑性失穩(wěn)點(diǎn)的特性是什么？如何用此特性確定硬化曲線的強(qiáng)度系數(shù)和硬化指數(shù)？答：在失穩(wěn)點(diǎn)b處 上式的意義如圖教材16-4,表示在曲線上,失穩(wěn)點(diǎn)所作的切線的斜率為,該斜線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)到失穩(wěn)點(diǎn)橫坐標(biāo)的距離為。大多數(shù)工程金屬在室溫下都有加工硬化,其真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線近似于拋物線形狀,如圖

33、16-5a,可用指數(shù)方程表達(dá)。16-8式中,是強(qiáng)度系數(shù)；是硬化指數(shù)。和的值可用失穩(wěn)點(diǎn)的特性確定如下,對(duì)上式求導(dǎo)數(shù),得根據(jù)失穩(wěn)點(diǎn)的特性又有 比較上述兩式,可得, 4. 理想塑性材料兩個(gè)常用的屈服準(zhǔn)則的物理意義?中間主應(yīng)力對(duì)屈服準(zhǔn)則有何影響？答：如已知三個(gè)主應(yīng)力的大小順序時(shí),設(shè)為123時(shí),則Tresca屈服準(zhǔn)則只需用線性式就可以判斷屈服。但該準(zhǔn)則未考慮中間主應(yīng)力2的影響,而Miss屈服準(zhǔn)則考慮了2對(duì)質(zhì)點(diǎn)屈服的影響。 其中為應(yīng)力修正系數(shù)。所以Miss屈服準(zhǔn)則與Tresca屈服準(zhǔn)則在形式上僅相差一個(gè)應(yīng)力修正系數(shù)。當(dāng)時(shí),兩準(zhǔn)則一致,這時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)中有兩向主應(yīng)力相等,當(dāng)時(shí),兩準(zhǔn)則相差最大,此時(shí)為平面變形應(yīng)

34、力狀態(tài)。兩個(gè)屈服準(zhǔn)則的統(tǒng)一表達(dá)式為對(duì)于Tresca屈服準(zhǔn)則, ;對(duì)于Mises屈服準(zhǔn)則,5. 某理想塑性材料的屈服應(yīng)力為MPa,試分別用屈雷斯加及密塞斯準(zhǔn)則判斷下列應(yīng)力狀態(tài)處于什么狀態(tài)是否存在、彈性或塑性。,MPa解：根據(jù)屈雷斯加準(zhǔn)則時(shí)就發(fā)生屈服, 根據(jù)密塞斯準(zhǔn)則 或 100 0 100100-0100發(fā)生屈服,100-00-100100-100200002發(fā)生屈服150 50 50150-50100發(fā)生屈服 150-5050-50150-50200002發(fā)生屈服120 1010+10-0+120-026600該力不存在50 -50 050-50100發(fā)生屈服50+

35、50+50-0+0+50150002處于彈性狀態(tài)6. 一薄壁管參見圖16-11,內(nèi)徑80 mm,壁厚4mm,承受內(nèi)壓,材料的屈服應(yīng)力為MPa,現(xiàn)忽略管壁上的徑向應(yīng)力即設(shè)。試用兩個(gè)屈服準(zhǔn)則分別求出下列情況下管子屈服時(shí)的；1管子兩端自由; 2 管子兩端封閉; 3管子兩端加100KN的壓力。解：1當(dāng)兩端自由 由于可以忽略為0 兩端自由 0顯然 , 0, 0Mises準(zhǔn)則： 即 200 MPa 代入可得P=20 MPaTresca準(zhǔn)則 p=20 MPa當(dāng)管子兩端封閉時(shí)：, , ,0Mises準(zhǔn)則：P= 代入可得P=23.09 MPa Tresca準(zhǔn)則：-0p= 代入數(shù)據(jù)可得 p=20.0 MPa當(dāng)管子

36、兩端加100KN的 壓力時(shí)：0； 由密塞斯屈服準(zhǔn)則：2代入數(shù)據(jù)得： p MPa由屈雷斯加屈服準(zhǔn)則: =200-100=100 MPa MPa故p=10 MPa7. 圖16-12所示的是一薄壁管承受拉扭的復(fù)合載荷作用而屈服,管壁受均勻的拉應(yīng)力和切應(yīng)力,試寫出下列情況的屈雷斯加和密塞斯屈服準(zhǔn)則表達(dá)式。提示：利用應(yīng)力莫爾圓求出主應(yīng)力,再代入兩準(zhǔn)則答案 屈雷斯加準(zhǔn)則：；密塞斯準(zhǔn)則：解：由圖知：0 由應(yīng)力莫爾圓知：圖16-12 受拉扭復(fù)合的薄壁圓筒0圖16-12 受拉扭復(fù)合的薄壁圓筒Tresca準(zhǔn)則 4=1密塞斯準(zhǔn)則 2+6=2+3=18. 已知材料的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線方程為,若試樣已有伸長(zhǎng)率,試問試驗(yàn)

37、還要增加多少才會(huì)發(fā)生頸縮？解：根據(jù) n=0.4 因?yàn)橐延猩扉L(zhǎng)率0.40.250.15 還要增加0.15才發(fā)生頸縮第十七章思考與練習(xí)1. 解釋下列概念：簡(jiǎn)單加載；增量理論；全量理論答：簡(jiǎn)單加載：是指在加載過程中各應(yīng)力分量按同一比例增加,應(yīng)力主軸方向固定不變。增量理論：又稱流動(dòng)理論,是描述材料處于塑性狀態(tài)時(shí),應(yīng)力與應(yīng)變?cè)隽炕驊?yīng)變速率之間關(guān)系的理論,它是針對(duì)加載過程的每一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)所確定的該瞬間的應(yīng)變?cè)隽?這樣就撇開加載歷史的影響。全量理論：在小變形的簡(jiǎn)單加載過程中,應(yīng)力主軸保持不變,由于各瞬間應(yīng)變?cè)隽恐鬏S和應(yīng)力主軸重合,所以應(yīng)變主軸也將保持不變。在這種情況下,對(duì)應(yīng)變?cè)隽糠e分便得到全量應(yīng)變。在這

38、種情況下建立塑性變形的全量應(yīng)變與應(yīng)力之間的關(guān)系稱為全量理論,亦稱為形變理論。2. 塑性應(yīng)力應(yīng)變曲線關(guān)系有何特點(diǎn)？為什么說塑性變形時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)？答：塑性應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系有如下特點(diǎn)：應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的。塑性變形是不可逆的,應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系不是單值對(duì)應(yīng)的,與應(yīng)變歷史有關(guān)。塑性變形時(shí)可認(rèn)為體積不變,即應(yīng)變球張量為零,泊松比0.5。全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合。正因?yàn)樗苄宰冃问遣豢赡娴?應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系不是單值對(duì)應(yīng)的,與應(yīng)變歷史有關(guān),而且全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合,因此說應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān),離開加載路線來建立應(yīng)力與全量應(yīng)變之間的關(guān)系是不可能的。3.

39、已知塑性狀態(tài)下某質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力張量為MPa,應(yīng)變?cè)隽繛橐粺o限小。試求應(yīng)變?cè)隽康钠溆喾至俊＝猓河傻?由此可解得,所以其余分量為4.某塑性材料,屈服應(yīng)力為,已知某質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)變?cè)隽繛閼?yīng)變?cè)隽客项}。平均應(yīng)力MPa,求該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。5.有一薄壁管, 材料的屈服應(yīng)力,承受拉力和扭矩的聯(lián)合作用而屈服?，F(xiàn)已知軸向正應(yīng)力分量,試求切應(yīng)力分量以及應(yīng)變?cè)隽扛鞣至恐g的比值。答案,6.已知兩段封閉的長(zhǎng)薄壁管,半徑為r壁厚為t,受內(nèi)壓p作用、而引起塑性變形,材料各向同性,忽略彈性變形,試求周向、軸向和徑向應(yīng)變?cè)隽恐g的比值。7.粉末體塑性成形與金屬塑性成形的屈服條件有何不同？8.粘性對(duì)材料的本構(gòu)方程有何影響？9.常見的流

40、體模型有哪些？10.聚合物流變特性有何特點(diǎn)？第十八章思考與練習(xí)1. 解釋下列概念最小阻力定律；附加應(yīng)力；殘余應(yīng)力；干摩擦；邊界摩擦；流體摩擦。答：最小阻力定律：當(dāng)變形體質(zhì)點(diǎn)有可能沿不同方向移動(dòng)時(shí),則物體各質(zhì)點(diǎn)將沿著阻力最小的方向移動(dòng)。附加應(yīng)力：由于變形體各部分之間的不均勻變形受到整體性的限制,在各部分之間必將產(chǎn)生相互平衡的應(yīng)力,該應(yīng)力叫附加應(yīng)力。殘余應(yīng)力：引起附加應(yīng)力的外因去除后,在物體內(nèi)仍殘存的應(yīng)力叫殘余應(yīng)力。干摩擦：接觸表面沒有其他外來介質(zhì),僅是金屬與金屬之間的摩擦,但在實(shí)際生產(chǎn)中,這種絕對(duì)理想的干摩擦是不存在的,通常所說的干摩擦是指不加任何潤(rùn)滑劑的摩擦。邊界摩擦：接觸表面之間存在很薄的潤(rùn)

41、滑膜,凸凹不平的坯料表面凸起部分被壓平,潤(rùn)滑劑被壓入凹坑中,被封存在里面,在壓平部分與模具之間存在一層厚度為0.1m潤(rùn)滑膜,一般為單分子膜,這種單分子膜潤(rùn)滑狀態(tài)稱為邊界摩擦。大部分塑性成形摩擦為邊界摩擦。流體摩擦：當(dāng)坯料與工具表面之間的潤(rùn)滑劑層較厚,兩表面的微觀凸凹部分不直接接觸,完全被潤(rùn)滑劑隔開的潤(rùn)滑叫流體潤(rùn)滑,該狀態(tài)下的摩擦叫流體摩擦。2. 舉例分析最小阻力定律在塑性成形流動(dòng)控制中的應(yīng)用？答：例如開式模鍛,如圖18-3,增加金屬流向飛邊的阻力,以保證金屬充填型腔；或者修磨圓角,減小金屬流向A腔的阻力,使A腔充填飽滿。又例如,在大型覆蓋件拉深成形時(shí),常常要設(shè)置拉延筋,用來調(diào)整或增加板料進(jìn)入模

42、具型腔的流動(dòng)阻力,以保證覆蓋件的成形質(zhì)量。3. 影響塑性變形和流動(dòng)的因素有哪些？舉例分析？答：影響塑性變形和流動(dòng)的因素有摩擦力,工具形狀,金屬各部分之間的關(guān)系,金屬本身性質(zhì)不均勻。因?yàn)槟Σ亮Φ挠绊?矩形斷面的棱柱體在平板間鐓粗時(shí),各個(gè)方向的阻力不同,斷面不再保持矩形,遵循最小周邊原則,最后趨于圓形,。在圓弧形砧上或V型砧中拔長(zhǎng)圓截面坯料時(shí),由于工具的側(cè)面壓力使金屬沿橫向流動(dòng)受到阻礙,金屬大量沿軸向流動(dòng)。在凸弧形砧上,正好相反,加大橫向流動(dòng)。4. 殘余應(yīng)力有哪幾類？它會(huì)產(chǎn)生什么后果？如何產(chǎn)生、消除？答：殘余應(yīng)力：引起附加應(yīng)力的外因去處后,在物體內(nèi)仍殘存的應(yīng)力叫殘余應(yīng)力,殘余應(yīng)力是彈性應(yīng)力,不超過

43、材料的屈服應(yīng)力,也是相互平衡成對(duì)出現(xiàn)的。殘余應(yīng)力分為三類：第一類殘余應(yīng)力存在與變形體各區(qū)域之間；第二類殘余應(yīng)力存在于各晶粒之間；第三類殘余應(yīng)力存在于晶粒內(nèi)部。殘余應(yīng)力引起的后果：具有殘余應(yīng)力的物體再承受塑性變形時(shí),其應(yīng)力分布及內(nèi)部應(yīng)力分布更不均勻。縮短制品的使用壽命,當(dāng)外載作用下的工作應(yīng)力與殘余應(yīng)力疊加超過材料的強(qiáng)度時(shí),會(huì)使零件破壞,設(shè)備出現(xiàn)故障。使在制品的尺寸和形狀發(fā)生變化。當(dāng)殘余應(yīng)力的平衡受到破壞時(shí),相應(yīng)部分的彈性變形也發(fā)生變化,從而引起尺寸和形狀的變化。增加塑性變形抗力,降低塑性、沖擊韌性及抗疲勞強(qiáng)度。降低制品表面耐蝕性,具有殘余應(yīng)力的金屬在酸液中或其他溶液中的溶解速度加快。殘余應(yīng)力一般

44、是有害的,特別是表面層中具有殘余拉應(yīng)力的情況。但當(dāng)表面層具有殘余壓應(yīng)力時(shí),可以顯著提高材料的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度,反而可提高其使用性能。殘余應(yīng)力的消除方法：熱處理法,機(jī)械處理方法5. 塑性成形中的摩擦有何特點(diǎn)？舉例分析其利弊？答：塑性成形中的摩擦有如下的特點(diǎn)：接觸面單位壓力高伴隨著塑性變形在高溫下進(jìn)行利：模鍛中利用飛邊槽橋部的摩擦力來保證模膛充滿,滾鍛和軋制時(shí)依靠足夠的摩擦使坯料被咬入軋輥。弊：改變應(yīng)力狀態(tài),增大變形抗力,引起不均勻變形,產(chǎn)生附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力,降低模具壽命。6. 塑性成形時(shí)接觸面上摩擦條件有哪幾類？各運(yùn)用于什么情況？答：有三大類,干摩擦,邊界摩擦流體摩擦；分別應(yīng)用于下列情況干摩擦是

45、指不加任何運(yùn)潤(rùn)滑劑的摩擦,邊界摩擦是指接觸表面之間存在很薄的潤(rùn)滑膜,流體摩擦是指接觸表面被潤(rùn)滑劑完全隔開的摩擦。7. 塑性成形時(shí)常用的流體潤(rùn)滑劑和固體潤(rùn)滑劑各有哪些？石墨和二硫化鉬如何起潤(rùn)滑作用？答：流體潤(rùn)滑劑有動(dòng)物油、植物油、礦物油和乳化液等。固體潤(rùn)滑劑又可分為干性固體潤(rùn)滑劑和軟熔化固體潤(rùn)滑劑,干性固體潤(rùn)滑劑有石墨、二硫化鉬等,軟熔化固體潤(rùn)滑劑有玻璃、琺瑯、天然礦物及無機(jī)鹽等。石墨和二硫化鉬是六方晶系的層狀結(jié)構(gòu),層間結(jié)合力比同層原子結(jié)合力小得多,用作潤(rùn)滑劑時(shí)層與層之間的內(nèi)摩擦力代替了坯料與工具之間的摩擦力,而且熱穩(wěn)定性好,石墨在540 以上才氧化,二硫化鉬在4008. 什么是磷化-皂化處理？

46、在擠壓生產(chǎn)中有何意義？答：當(dāng)壓力很高時(shí),即使加入添加劑,潤(rùn)滑劑還是會(huì)遭到破壞或被擠掉,而失去潤(rùn)滑作用。因此,須將坯料表面進(jìn)行磷化處理,即在坯料表面用化學(xué)方法制成一層磷酸鹽或草酸鹽膜,這種磷化膜是由細(xì)小片狀的無機(jī)鹽結(jié)晶組成的,呈多孔狀態(tài),對(duì)潤(rùn)滑劑有吸附作用。膜厚一般約為1020m,與金屬結(jié)合力強(qiáng)且有塑性,可與金屬坯料一起變形。磷化后進(jìn)行潤(rùn)滑處理,常用硬脂酸鈉、肥皂等,故稱為皂化。9. 如何用圓環(huán)鐓粗法測(cè)摩擦系數(shù)？分析影響摩擦系數(shù)的因素有哪些？答：圓環(huán)鐓粗法將一定尺寸的試樣如外徑：內(nèi)徑：高為40:20:10在平砧間壓縮,由于接觸面上的摩擦系數(shù)不同,圓環(huán)的內(nèi)外徑在壓縮的過程中將有不同的變化。根據(jù)實(shí)驗(yàn)

47、研究和塑性理論的分析,可將不同摩擦系數(shù)下的圓環(huán)壓縮量與內(nèi)外徑變化關(guān)系繪制成曲線,稱為摩擦系數(shù)標(biāo)定曲線,如圖18-11。利用這一標(biāo)定曲線可方便地求得摩擦系數(shù)。10. 金屬流動(dòng)分析有何意義？目前主要采用的分析方法？答：金屬流動(dòng)分析可以使我們根據(jù)最小阻力定律和物體體積不變條件,使物體按照最小阻力方向更好的成形,應(yīng)用塑性成形的數(shù)值模擬方法主要有上限法Upper Bound Method、邊界元法和有限元法Finite Element Method。第十九章思考與練習(xí)1主應(yīng)力法的基本原理和求解要點(diǎn)是什么？答：主應(yīng)力法又成初等解析法從塑性變形體的應(yīng)力邊界條件出發(fā),建立簡(jiǎn)化的平衡方程和屈服條件,并聯(lián)立求解,

48、得出邊界上的正應(yīng)力和變形的力能參數(shù),但不考慮變形體內(nèi)的應(yīng)變狀態(tài)。其基本要點(diǎn)如下：把變形體的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)簡(jiǎn)化成平面問題包括平面應(yīng)變狀態(tài)和平面應(yīng)力狀態(tài)或軸對(duì)稱問題,以便利用比較簡(jiǎn)單的塑性條件,即。對(duì)于形狀復(fù)雜的變形體,可以把它劃分為若干形狀簡(jiǎn)單的變形單元,并近似地認(rèn)為這些單元的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)屬于平面問題或軸對(duì)稱問題。根據(jù)金屬流動(dòng)的方向,沿變形體整個(gè)或部分截面一般為縱截面切取包含接觸面在內(nèi)的基元體,且設(shè)作用于該基元體上的正應(yīng)力都是均布的主應(yīng)力,這樣,在研究基元體的力的平衡條件時(shí),獲得簡(jiǎn)化的常微分方程以代替精確的偏微分方程。接觸面上的摩擦力可用庫侖摩擦條件或常摩擦條件等表示。在對(duì)基元體列塑性條件時(shí),假

49、定接觸面上的正應(yīng)力為主應(yīng)力,即忽略摩擦力對(duì)塑性條件的影響,從而使塑性條件大大簡(jiǎn)化。即有將經(jīng)過簡(jiǎn)化的平衡微分方程和塑性條件聯(lián)立求解,并利用邊界條件確定積分常數(shù),求得接觸面上的應(yīng)力分布,進(jìn)而求得變形力。由于經(jīng)過簡(jiǎn)化的平衡方程和屈服方程實(shí)質(zhì)上都是以主應(yīng)力表示的,故而得名主應(yīng)力法。2一20鋼圓柱毛坯,原始尺寸為,在室溫下鐓粗至高度h=25mm,設(shè)接觸表面摩擦切應(yīng)力。已知,試求所需的變形力P和單位流動(dòng)壓力p。解：根據(jù)主應(yīng)力法應(yīng)用中軸對(duì)稱鐓粗得變形力算得的公式而本題與例題相比較得：m=0.4,因?yàn)樵搱A柱被壓縮至h=25mm根據(jù)體積不變定理,可得, d=50 ,h=25又因?yàn)閅746圖19-363在平砧上鐓

50、粗長(zhǎng)矩形截面的鋼坯,其寬度為a、高度為h,長(zhǎng)度l a,若接觸面上的摩擦條件符合庫侖摩擦定律,試用主應(yīng)力法推導(dǎo)單位流動(dòng)壓力p的表達(dá)式。圖19-36解：本題與例1平面應(yīng)變鐓粗的變形力相似,但又有 其不同點(diǎn),不同之處在于這個(gè)摩擦條件,故在 中是一個(gè)一階微分方程,算得的結(jié)果不一樣,后面的答案也不 一樣,4一圓柱體,側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力,試用主應(yīng)力法求鐓粗力P和單位流動(dòng)壓力p。解：該題與軸對(duì)稱鐓粗變形力例題相似,但邊界條件不一樣,當(dāng) ,而不是,故在例題中,求常數(shù)c不一樣：5什么是滑移線?什么是滑移線場(chǎng)?答：滑移線：金屬由晶體組成,其塑性變形主要是通過內(nèi)部原子滑移的方式而實(shí)現(xiàn),滑移痕跡可以在變形后的金屬表

51、面上觀察到,我們將塑性變形金屬表面所呈現(xiàn)的由滑移而形成的條紋稱為滑移線?；凭€場(chǎng)：經(jīng)研究證明,滑移線就是塑性變形體內(nèi)最大切應(yīng)力的軌跡線,因?yàn)樽畲笄袘?yīng)力成對(duì)出現(xiàn),相互正交,因此,滑移線在變形體內(nèi)呈兩族相互正交的網(wǎng)絡(luò),即所謂的滑移線場(chǎng)。6什么是滑移線的方向角?其正、負(fù)號(hào)如何確定?答：線的切線方向與ox軸的夾角以表示見圖19-8,并規(guī)定ox軸的正向?yàn)榻堑牧慷绕鹗季€,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)形成的角為正,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)形成的角為負(fù)。7判斷滑移線族性的規(guī)則是什么?答：規(guī)則為：1當(dāng)、族線構(gòu)成右手坐標(biāo)系時(shí),代數(shù)值最大的主應(yīng)力的作用方向位于第一與第三象限；2滑移線兩側(cè)的最大切應(yīng)力組成順時(shí)針方向的為線,組成逆時(shí)針方向的為線；3當(dāng)已知主應(yīng)力和的方向時(shí),將它們沿順時(shí)針