中南大學(xué)金屬塑性加工原理試題答案2013

1、學(xué) 院專業(yè)班級學(xué) 號姓 名- 評卷密封線 密封線內(nèi)不要答題，密封線外不準(zhǔn)填寫考生信息，違者考試成績按0分處理 評卷密封線 中南大學(xué)考試試卷（答案與評分細(xì)節(jié)）2012 2013 學(xué)年 二 學(xué)期 金屬塑性加工原理 課程 時間110分鐘64學(xué)時， 4 學(xué)分，閉 卷，總分100分，占總評成績70 % 2014年1月6日注意：所有答案均寫在答題紙上，試卷上作答無效題 號一二三四五六七八九十合 計滿 分1024302212100得 分評卷人復(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 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

2、兩個主應(yīng)力分量相等的應(yīng)力_狀態(tài)下一致，在_平面應(yīng)變/純剪切應(yīng)力_狀態(tài)下差別最大，最大差別_1.154_倍。1.2 單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)的塑性應(yīng)變增量之比 2：（-1）：（-1） ；純剪切應(yīng)力狀態(tài)下的塑性應(yīng)變增量之比 1:0：（-1） 。1.3 已知平面應(yīng)變狀態(tài)下某點的應(yīng)變分量，則該點的應(yīng)變張量為：。1.4 如圖所示，對于某種應(yīng)變硬化材料，沿著OA單向施加拉應(yīng)力到A點開始發(fā)生塑性屈服，繼續(xù)增加載荷到C點，題一（4）圖產(chǎn)生C的應(yīng)變；同樣，對該材料施加剪應(yīng)力到B點，開始發(fā)生塑性屈服；或者同時施加拉伸和剪切應(yīng)力，到達(dá)F點開始發(fā)生塑性屈服。沿著OB或OF分別增加載荷到D和E點，其等效應(yīng)變E=D=C。（1）沿

3、DE曲線，由D點到E點，等效應(yīng)變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點卸載到F點的過程中，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）若對該材料施加剪應(yīng)力到B點，然后卸載到O點，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程中的 彈性變形分量 。對于小塑性應(yīng)變問題的求解，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，夾頭速度為V

4、0=5mm/s，則拉伸初始工程應(yīng)變速率為：，初始真應(yīng)變速率為：得 分評卷人二、分析計算題（共20分）2.1試推導(dǎo)在 z 方向受約束的平面應(yīng)變問題的Mises和Tresca屈服條件表達(dá)式。（平面應(yīng)變問題：）（本題7分）解：（2分） （2分）Mises 屈服條件：Tresca 屈服條件：（3分）2.2 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)變增量為零，塑性應(yīng)變增量就是總的應(yīng)變增量；(2)材料符合Mises屈服準(zhǔn)則；(3)每一加載瞬時，應(yīng)力主軸與應(yīng)變增量主軸重合；(4)塑性變形時體積不變；2.3 試簡要描述采

5、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。（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，通過對物體應(yīng)力狀態(tài)作一些簡化假設(shè)，建立以主應(yīng)力表示的簡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。其基本步驟和要點如下：1）將實際變形過程視具體情況簡化為平面應(yīng)變問題和軸對稱問題，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

6、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。于是對于平面應(yīng)變問題，塑性條件可簡化為： 或 ； 對于軸對稱問題，塑性條件可簡化為。4）簡化接觸面上的摩擦條件。（2分）采用以下兩種近似關(guān)系：庫侖摩擦定律： （滑動摩擦） 常摩擦定律： （粘著摩擦） 式中：摩擦應(yīng)力；正應(yīng)力；k屈服切應(yīng)力（）；f摩擦系數(shù)。（2分）5）簡化其它條件。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）學(xué) 院專業(yè)班級學(xué) 號姓 名- 評卷密封線 密封線內(nèi)不要答題，密封線外不準(zhǔn)填寫考生信息，違者考試成績按0分處理 評卷密封線 塑性加工原理部分得 分評卷人

7、三、名詞解釋題（每小題2分，共10分）3.1 動態(tài)回復(fù)：在熱變形過程中所發(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)：金屬在塑性變形過程中的發(fā)熱現(xiàn)象。3.4 附加應(yīng)力：金屬塑性變形過程中，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關(guān)系的圖線構(gòu)成第二類再結(jié)晶全圖。四、判斷題（每小題1分，共10分）得 分評卷人4.1 冷變形的纖維組織可通過完全再結(jié)晶退火消除。（ ）4.2基本應(yīng)力是實測出來的應(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。（）4.3 殘余應(yīng)力是變形結(jié)束后

8、在工件內(nèi)殘留的一種自相平衡的內(nèi)應(yīng)力。（ ）4.4 平輥軋制薄板時，若工作輥中間有凸度，則可能引起板材中部起浪，邊部開裂的缺陷。（ ）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。（ ）4.6 金屬塑性加工時被加工材料與工、模具之間的外縻擦總是給加工過程帶來不利影響。（）4.7 相比于動態(tài)再結(jié)晶，動態(tài)回復(fù)給變形材料造成的軟化效果更強(qiáng)烈。（）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的，不均勻變形是絕對的。（ ）4.9 4.10得 分評卷人五、問答題（每小題10分，共30分）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

9、本方法有哪些？答：變形區(qū)內(nèi)各金屬質(zhì)點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）接觸表面沒有外縻擦；3）無外端作用；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 畫出模鍛、平輥軋制、棒材拉拔時的變形力學(xué)圖。對于低塑性材料，開坯應(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；平輥軋制的主應(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）對于低塑性材料，應(yīng)采用模鍛開坯較好，因為材料整體處于強(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？加工硬化對材料性能及加工過程有何影響? 答：金屬材料在塑性變形過程（尤其是冷加工過程）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)部位錯密度提高，點陣畸變加劇，所以強(qiáng)度和硬度提高，使構(gòu)件的承載能力增強(qiáng)，因此加工硬化成為