“金属塑性成型原理”复习思考题 - 图文

“金属塑性成型原理”复习思考题

一、名词解释

【塑性变形】当作用力大于屈服极限载荷，卸载后，试样中保留残余变形，这种残余变形称为塑性变形。

【塑性】在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。

【温度效应】塑性变形热能，除一部分散失到周围介质中，其余的使变形体温度升高，这种由于塑性变形过程中所产生的热量而使变形体温度升高的现象称为温度效应；

【塑性图】为了具体掌握不同变形条件下，金属的塑性随温度变化的情况，需要用试验方法绘制其塑性——温度曲线，简称塑性图。

【静水压力】应力球张量的每个分量称为静水应力，它的负值称为静水压力。 【应力状态】应力状态是指物体内所承受应力的情况。

【应力张量】表示点应力状态的九个应力分量构成的一个二阶张量称为应力张量。用σij表示。

【应力状态特征方程】p66：公式3-15

【应力张量不变量】应力状态特征方程中的系数J1、J2、J3具有单值性，不随坐标而变，J1、J2、J3分别称为应力张量的第一、第二、第三不变量。 【主应力】主平面上的正应力叫做主应力。 【主平面】切应力为零的微分面称为主平面。

【主方向】主平面的法线方向即为主应力方向，称为应力主方向。 【等效应力】 取八面体切应力绝对值的3/√2倍所得的参量称为等效应力。 【主剪应力】主切应力平面上作用的切应力称为主切应力。

【最大剪应力】三个主切应力中绝对值最大的一个，也就是一点所有方位切面上切应力最大者，叫做最大切应力。

【平面应力问题】如果内与某方向轴垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴无关，则为平面应力问题。 【平面变形问题】如果物体内所有质点都只在同一个坐标平面内发生变形，而在该平面的法线方向没有变形，则为平面变形问题。

【轴对称问题】当旋转体承受的外力对称于旋转轴分布时，则为轴对称问题。 【线应变】单位长度上的线变形称为线应变。

【角应变】两棱边所夹直角的变化称为切应变（角应变）。 【几何方程】（小应变几何方程:P92 3-66）

【应变速率张量】一点的应变速率是一个二阶对称张量，称为应变速率张量。 【应变增量张量】一点的应变增量是一个二阶对称张量，称为应变增量张量。

【屈服条件】在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系称为屈服准则。 【屈服曲面】屈服准则的数学表达式在主应力空间中的几何图形是一个封闭的空间曲面，称为屈服表面。

【屈服曲线】两向应力状态下屈服准则的表达式在主应力坐标平面上的几何图形是一封闭的曲线，称为屈服轨迹。

【广义虎克定律】p118 式3-117

【单位体形能】物体单位体积内的体积变化位能AV。 【单位形变能】物体单位体积内的形状变化位能Aυ。

【增量理论】增量理论是描述材料处于塑性状态时，应力与应变增量或应变速率之间关系的理论。

【全量理论】 反映塑性变形的全量应变与应力之间关系的理论。

【简单加载】 指在加载过程中所有的外力从一开始起就按同一比例增加。 【近似屈服条件】（主应力法的基本假设P187）σx-σy=2K（σx>σy） 【库仑摩擦力条件】即摩擦力与接触面上的正压力成正比。

【常摩擦力条件】这一条件认为，接触面上的摩擦切应力τ与被加工金属的剪切屈服强度K成正比，即τ=mK。

【最大摩擦力条件】若m=1，即τ=τmax=K，则称为最大摩擦力条件。

【滑移线】当某点位置沿最大切应力方向连续变化时，得到两条相互正交的最大切应力方向的轨迹线，即为滑移线。

【方向角】由坐标轴0x正向转向剪切方向的角度ω称为滑移线的方向角。

【滑移线特性】沿线特性（当沿α（β）族中的同一条滑移线移动时，ξ（η）为常数，只有当一条滑移线转到同族的另一条滑移线时，ξ（η）值才改变。）和跨线特性（亨盖第一定理）。 【亨盖第一定理】同一族的一条滑移线转到另一条滑移线时，则沿另一族的任一条滑移线方向角的变化Δωm与平均应力的变化Δσm均为常数。

二、问答题

1． 塑性成形的主要优点和缺点？

优点：①组织、性能好；②材料利用率高；③尺寸精度高；④生产效率高。 缺点：对设备要求高，能耗高。

2． 单向压缩时，当相对变形为0.01, 0.02, 0.1, 0.2时，变形系数和真变形分别为多大？（先

推导变形系数和真变形、相对变形的关系式）

3． 真变形表示方法有哪些优点？为什么？

1) 能表示变形的实际情况：

2) 对数应变为可叠加应变：

3) 对数应变为可比应变（比较拉、压1倍的情况）：

4． 试用列表说明各种金属塑性测定方法的试验形状、试验方法、塑性指标和主要缺点。

P40-41

5． 变形温度对钢的塑性的影响的基本规律。

随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并非简单的线性上升；在加热过程中的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区使金属的塑性降低。在一

般情况下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个脆性区，包括低温的，中温的和高温的脆性区等。

6． 简述应力状态和变形状态对金属塑性的影响及其原因。

(1)应力状态的影响：应力状态对塑性的影响可归结为其静水压力对塑性的影响。当静水压力越大，金属的塑性越好；反之，静水压力越小，则金属塑性越差。

原因：1)拉伸应力会促进晶间变形、加速晶界破坏；而压缩应力能阻止或减小晶间变形，

随着静水应力的增大，晶间变形越加困难，因而提高金属塑性；2)三向压缩应力有利于愈合塑性变形过程中产生的各种损伤，而拉应力则相反；3)当变形体内原先存在着少量对塑性不利的杂质、液态相或组织缺陷时，三向压缩应力能抑制这些缺陷，全部或部分地消除其危害；4)增大静水压力能抵消由于不均匀变形引起的附加拉应力，从而减轻了附加拉应力所造成的拉裂作用。

(2)应变状态的影响：压缩应变有利于塑性的发挥，而拉伸应变则对塑形不利。

原因：这是因为金属中不可避免地存在着气孔、夹杂物等缺陷，这些缺陷在一向压缩、两向拉伸应变条件下，有可能向两个方向扩展成为面缺陷；反之，在两向压缩一向拉伸应变条件下，则可收缩成线缺陷，其对塑性的危害性减小。

7． 直角坐标系三个坐标轴分别和某点三个主方向一致，证明过该点法向和三个坐标轴正向

成等倾角的平面上的正应力等于平均应力。

8． 已知某点应力状态为?ij力和最大剪应力。

?70???30???0?301000??0MPa，试用莫尔圆求该点的主应力、主剪应?0??

9． 应力张量如何分解为应力球张量和应力偏张量？后两者分别引起什么变形？

如何分解：p70 式3-27或3-27a

应力球张量只引起体积变化；应力偏张量只引起形状变化。

10．偏应力张量第一、第二不变量有何特性？

偏应力张量第一不变量：恒等于0，表明应力分量中已经没有静水应力成分；

偏应力张量第二不变量：在一定变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张量的第二部变量达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态。可用作屈服准则判据。

211．证明J2'?J2?J1/3

12．应力矢量在主应力空间常作怎样的分解？其物理含义是什么？

13．屈服曲线有何特性？π平面的定义？

π平面：在主应力空间中，通过坐标原点并垂直于等倾线ON的平面称为π平面。 14．推导Tresca和Mises屈服条件的数学表达式？(Tresca：p107 Mises：p108)

15．塑性应力应变关系特点。

1) 应力-应变关系是非线性的，全量应变主轴与应力主轴不一定重合。

2) 塑性变形时体积不变，泊松比ν=0.5。

3) 对于应变硬化材料，后继屈服应力高于初始屈服应力。 4) 即应力-应变关系不再保持单值关系。

16．主应力法的基本假设和解题步骤。

基本假设：1) 把问题简化成平面问题或轴对称问题；2）根据金属流动趋向选择坐标系，

对变形体截取基元体，该面上正应力均匀分布；3）假定各坐标面上的正应力为主应力，忽略剪应力的影响。

解题步骤：1) 将简化后的平衡微分方程和屈服方程联立求解，建立压力方向应力和形状参数之间关系；2）利用应力边界条件确定积分常数；3）求解接触面上应力分布，进而求得变形力等。

17．滑移线法的解题思路。

1)由滑移线场确定主剪应力方向，即ω角；

2)由刚塑性材料的剪切变形抗力，确定最大主剪应力K；

3)根据应力边界条件及汉基应力方程确定接触面上的平均应力σm； 4)根据应力分量与ω、K、σm关系式求解应力分量。

18．亨盖第一定理有哪些推论？

若一族的一条滑移线的某一区段为直线段，则被另一族滑移线所截得的该滑移线的所有相应线段皆为直线。

19．主应力图和主应变简图。

主应力图：p68 图3-10 主应变简图：P89 图3-30 20．变形量有哪些表示方法？ (P97) 1)绝对变形量 如压下量Δh = H – h

2)相对变形量 如相对压缩率ε=ΔH/H0 3)用面积比或线尺寸表示的变形量 如自由锻时的锻造比K=A0/A

21．滑移线的跨线特性指什么？

同一族的一条滑移线转到另一条滑移线时，则沿另一族的任一条滑移线方向角的变化Δωm与平均应力的变化Δσm均为常数。

22．平面问题和轴对称问题的独立应力分量分别是什么？

平面问题：σx、σy、τxy（推导见p102）；轴对称问题：σθ、σρ、σz、τρz（推导见p104）；

（ps.当轴对称问题为均匀变形时，σθ=σρ，此时只有三个独立应力分量）

三、课堂、课后练习及作业

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