復(fù)習(xí)題-塑性成形原理

1、塑性成形原理習(xí)題集及答案一、概念題1.2.3.4.5.6. (金屬)塑性：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稱為塑性 塑性加工：金屬材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并獲得一定力學(xué)性能的加工方法稱為塑性成形，也稱塑性加工或壓力加工。 加工硬化：金屬材料在再結(jié)晶溫度以下塑性變形時(shí)強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象，又稱冷作硬化。 屈服準(zhǔn)則:在一定變形條件下(變形溫度、變形速度)下，只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定關(guān)系時(shí)，材料才能開始進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系稱為屈服準(zhǔn)則。 f(sij)=C名義與真實(shí)應(yīng)變:名義應(yīng)變：又稱為工程應(yīng)變，用 來表示，適用于小應(yīng)變分析。真實(shí)應(yīng)變

2、(又稱對(duì)數(shù)應(yīng)變)是指工件變形后的線尺寸與變形前的線尺寸之比的自然對(duì)數(shù)值來表示。 等效應(yīng)力: 略二、選擇題1.圖1中B點(diǎn)所處應(yīng)力狀態(tài) ()圖1 加載示意圖(a)只有正壓力；(b)純剪切應(yīng)力；(c)既有正應(yīng)力又有剪切應(yīng)力；(d)無任何應(yīng)力2.受力物體的應(yīng)力狀態(tài)可用應(yīng)力單元體上的主應(yīng)力表示，主應(yīng)力圖總共有 ( ) (a)三種；(b)六種；(c)八種；(d)九種3.下列應(yīng)力狀態(tài)中與其它不同的一項(xiàng)是 ( )0040060030-20(a)000；(b)000；(c)0-30；(d)0-8000000000-300-84.應(yīng)力張量=應(yīng)力偏張量+應(yīng)力球張量，其中，應(yīng)力偏張量只能使物體產(chǎn)生 ( ) (a)塑性

3、提高；(b)形狀變化；(c)體積變化；(d)前三者均可5.如用主應(yīng)變簡圖來表示應(yīng)變狀態(tài)，則塑性變形所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變類型有 ( ) (a)三種；(b)六種；(c)八種；(d)九種6.主應(yīng)力與主應(yīng)變簡圖可結(jié)合起來表示塑性變形特征，二者的組合有 ( ) (a)三種；(b)九種；(c)二十三種；(d)二十七種7.下面哪種本構(gòu)屬于理想剛塑性線形硬化模型 ()(a) (b) (c) (d)8.屈雷斯加與米塞斯屈服準(zhǔn)則的本質(zhì)區(qū)別是沒有考慮哪一項(xiàng)的影響 ( )(a)最大主應(yīng)力；(b)中間主應(yīng)力；(c)最小主應(yīng)力；(d)平均應(yīng)力9.圖所示為低碳鋼在單向拉伸狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變曲線，其中，表示塑性的 ()(a)OA段；(b

4、) OB段；(c) OC段；(d) OF段10.平面應(yīng)力狀態(tài)下，屈雷斯加與米塞斯屈服軌跡的幾何圖形有六個(gè)交點(diǎn)，其中，屬于軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)的是( )(a)A和E；(b)K和G；(c)C和I；(d)A和G；11.由圖所示，兩個(gè)屈服準(zhǔn)則相差最大有六個(gè)點(diǎn)，其中，屬于純切應(yīng)力狀態(tài)兩點(diǎn)是 ( ) (a)B和D；(b)F和L；(c)H和J；(d)B和J12.塑性成形過程理論分析方法中被稱為切塊法的是 ( ) (a)主應(yīng)力法；(b)滑移線法；(c)上限元法；(d)有限元法三、問答題1.已知有一點(diǎn)的應(yīng)力單元體如圖所示，畫出該應(yīng)力狀態(tài)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力摩爾圓，并寫出摩爾圓圓心和半徑方程，并寫出各主應(yīng)力的表達(dá)式。2.寫出屈雷

5、斯加和米塞斯屈服準(zhǔn)則表達(dá)式，闡述其物理意義，并將二者進(jìn)行比較分析?答：1864年提出，當(dāng)受力物體(質(zhì)點(diǎn))中的最大切應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí)，該物體就發(fā)生塑性屈服。材料處于塑性狀態(tài)時(shí)，其最大切應(yīng)力是一個(gè)定值。該定值只取決于材料在變形條件下的性質(zhì)，而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。當(dāng)s1s2s3時(shí)，tmax=1-s3=2K1913年提出，在一定的變形條件下，當(dāng)受力物體內(nèi)一定的等效應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí)，該物體就發(fā)生塑性屈服。利用主應(yīng)力的表示為：(s1-s2)2+(s2-s3)2+(s3-s1)2=2ss2共同點(diǎn)1) 屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式都和坐標(biāo)的選擇無關(guān)，等式左邊都是不變量的函數(shù)；2)三個(gè)主應(yīng)力可以任意置換而不影響屈服，同時(shí)，

6、認(rèn)為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用是一樣的；3)各表達(dá)式都和應(yīng)力球張量無關(guān)。不同點(diǎn)1)屈雷斯加準(zhǔn)則沒有考慮中間主應(yīng)力的影響，三個(gè)主應(yīng)力大小順序不知時(shí)，使用不方便，米賽斯屈服準(zhǔn)則考慮了中間應(yīng)力影響，使用方便(本質(zhì)區(qū)別)。2)物理含義不同：Tresca：最大剪應(yīng)力達(dá)極限值K，Mises：畸變能達(dá)到某極限3)表達(dá)式不同;4)幾何表達(dá)不同：Tresca準(zhǔn)則：在主應(yīng)力空間中為一垂直平面的正六棱柱；Mises準(zhǔn)則：在主應(yīng)力空間中為一垂直于平面的圓柱。(平面:在主應(yīng)力坐標(biāo)系中，過原點(diǎn)并垂直于等傾線的平面)3.全量理論與增量理論的對(duì)比分析(概念、表達(dá)式、應(yīng)用)？答：增量理論：增量理論又稱流動(dòng)理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)

7、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)加載過程中的每一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)所確定的該瞬間的應(yīng)變?cè)隽?，這樣就撇開了加載歷史的影響； 列維-米塞斯(Levy-Mises)方程dexsx=deysy=dezsz=dgxy2txy=dgyz2tyz=dgzxdl =dl 或deij=sij2tzx伊留申提出的全量理論：在塑性變形時(shí)，只有滿足比例加載(也稱簡單加載)條件，才可建立全量應(yīng)變與應(yīng)力之間的關(guān)系所謂比例加載，是指在加載過程中所有的外力從一開始起就按同一比例增加。gyzexeyezgxygzx=l sxsysz2txy2tyz2tzx兩種理論的應(yīng)用對(duì)比u 通過上述分析，在塑性變形中，由于難

8、于普遍保證比例加載，所以，一般都采用增量理論，其中，主要是列維-米塞斯方程或圣文南塑性流動(dòng)方程。u 但是，塑性成形理論中很重要的問題之一是求變形力，這時(shí)一般只需研究變形過程中某一特定瞬間的變形，如果以變形體在該瞬時(shí)的形狀、尺寸及性能作原始狀態(tài)，那么小變形全量理論和增量理論可以認(rèn)為是一致的。u 此外，一些研究表明，某些塑性加工過程，雖比例加載有一定偏離，運(yùn)用全量理論也能得出較好的計(jì)算結(jié)果，所以全量理論仍然運(yùn)用至今。4.分析應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)?yīng)規(guī)律及應(yīng)用(概念、實(shí)質(zhì)、表達(dá)式、判斷應(yīng)變類型)？答：塑性變形時(shí)，當(dāng)應(yīng)力順序s1s2s3不變，且應(yīng)變主軸方向不變時(shí)，主應(yīng)變的順序與主應(yīng)力順序相對(duì)應(yīng)，即：e1e2e

9、3 且有e10，e30,e2=0,e31時(shí)，e20，應(yīng)變狀態(tài)為e10,e20,e30， 屬于剪切類變形； 2s+s3 當(dāng)s21時(shí)，e20,e20,e30， 屬于伸長類變形。 25.靜水壓力提高金屬塑性變形的解釋?(1)靜水壓力 晶間變形困難金屬塑性，拉應(yīng)力會(huì)加速晶界破壞；(2)三向壓縮應(yīng)力有利于愈合塑性變形過程中產(chǎn)生的各種損傷，拉應(yīng)力相反；(3)當(dāng)變形體原先存在著少量對(duì)塑性不利的雜質(zhì)、液相態(tài)或組織缺陷，三向壓縮作用能抑制變形體內(nèi)存在的缺陷，拉應(yīng)力則會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中；(4)增大靜水壓應(yīng)力，可抵消由不均勻變形引起的附加拉應(yīng)力，從而減輕附加拉應(yīng)力所造成的拉裂作用。6.提高塑性的主要途徑？(1)控制化學(xué)

10、成分、改善組織結(jié)構(gòu)，提高材料的成分和組織的均勻性；(2)采用合適的變形溫度-應(yīng)變速率；(3)選用三向壓應(yīng)力較強(qiáng)的變形過程；(4)減小變形的不均勻性，盡量造成均勻的變形狀態(tài)。四、計(jì)算題 s1+s33010101.設(shè)某點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)為sij=10020，試求其三個(gè)主應(yīng)力及其主方向及應(yīng)力張量及偏張量各個(gè)不變量，畫出其10200應(yīng)力狀態(tài)簡圖并判斷其應(yīng)變類型。s1=40，s2=10，s3=-20 J1=30 J2=600 J3=-8000l1=2，m1=n1=16;l2=m13， m2=n2=13; l3=0， m3=n3=-120300010004000+0100 0100=0000-2000-30001

11、02.試用主應(yīng)力法求平砧鐓粗無限長矩形坯料時(shí)的接觸面上的正應(yīng)力分布sZ?切取基元塊：考慮到金屬沿徑向流動(dòng)，切取高度為坯料瞬時(shí)高度h，厚度為dr的扇形基元塊，在其上標(biāo)出作用的應(yīng)力sz，sr，sq 及t，如圖1所示。圖1 圓柱體充液壓縮受力分析示意圖沿徑向列平衡方程：(sdqr+dsr)(r+dr)dqh-srrdqh-2sqsin2drh+2trdqdr=0 整理并略去高次項(xiàng)得平衡微分方程dsr2tsdr+h+r-sqr=0 計(jì)算sr與sq的關(guān)系對(duì)實(shí)心圓柱壓縮，徑向應(yīng)變edrr=r，切向應(yīng)變可表示為： eq=2p(r+dr)-2pr2pr=drr兩者相等，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系理論必然有：sr=sq 將式（1-3）代入（1-2），可得：dsrdr+2th=0 帶入邊界條件設(shè)邊界摩擦條件為：t=mss 將式（1-6）代入式（1-5），可得：dsrdr=-2mssh寫出屈服準(zhǔn)則表達(dá)式略去摩擦力的影響，將正應(yīng)力近似視為主應(yīng)力，代入Tresca屈服準(zhǔn)則得(-sr)-(-sz)=