1、第十三章思考與練習(xí)簡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于另一部分發(fā)生相對移動或切變?；瓶偸茄刂用芏茸畲蟮木婧途虬l(fā)生。孿生變形時，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，該雙晶體中哪一個晶體 首先發(fā)生滑移？為什么？答：晶體首先發(fā)生滑移，因為受力的方向接近軟取向，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性。多晶體金屬的塑性變形

2、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。晶粒大小對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。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的數(shù)量、形狀、大小和分布的形態(tài)

3、。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)量級時， 稱為聚合型兩相合金，只有當(dāng)?shù)诙酁檩^強(qiáng)相時，才能對合金起到強(qiáng)化作用，當(dāng)發(fā)生塑性變形時，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， 稱為彌散型兩相合金， 這種彌散型粒子能阻礙位錯的運(yùn)動， 對金屬產(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。冷塑性變形對金屬組織和性能有何影響？答：對組織結(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，當(dāng)變形量很大時，晶粒組織成纖維狀；晶粒的位向發(fā)

4、生改變：晶粒在變形的同時，也發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而使得各晶粒的取向逐漸趨于一致（擇優(yōu)取向），從而形成變形織構(gòu)。對金屬性能的影響：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。產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？它對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密度增大，導(dǎo)致位錯之間交互作用增強(qiáng)，大量形成纏結(jié)、不動位錯等障礙，形成高密度的“位錯林”，使其余位

5、錯運(yùn)動阻力增大，于是塑性變形抗力提高。什么是動態(tài)回復(fù)？動態(tài)回復(fù)對金屬熱塑性變形的主要軟化機(jī)制是什么？答：動態(tài)回復(fù)是層錯能高的金屬熱變形過程中唯一的軟化機(jī)制。對于層錯能高的金屬，變形位錯的交滑移和攀移比較容易進(jìn)行，位錯容易在滑移面間轉(zhuǎn)移，使異號位錯互相抵消，其結(jié)果是位錯密度下降，畸變能降低，達(dá)不到動態(tài)再結(jié)晶所需的能量水平。什么是動態(tài)再結(jié)晶？影響動態(tài)再結(jié)晶的主要因素有哪些？答：在熱塑性變形過程中，層錯能低的金屬在變形量很大時，當(dāng)加熱升溫時，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，稱為動態(tài)再結(jié)晶。影響動態(tài)再結(jié)晶的主要因素有：金屬的層錯能高低，晶界遷移的難易程度有關(guān)。什么是擴(kuò)散性

6、蠕變？它的作用機(jī)理是什么？答：擴(kuò)散蠕變是在應(yīng)力場作用下，由空位的定向移動引起的。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。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和夾雜物分布改善偏析。雜質(zhì)元素和合金元素對鋼的塑性有何影響？答：

7、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。對金屬塑性的影響主要表現(xiàn)為 :碳碳對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，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大。硫硫是鋼中的有害物質(zhì)，主要與鐵形成FeS，F(xiàn)eS 與鐵形成易熔共晶體Fe-FeS，產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象。氮氮在鋼中主要以氮化物

8、Fe4N形式存在。在300 C 左右加工，會出現(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，它們在鋼中以純金屬相存在于晶界，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素會在晶界處析出，反而會降低塑性。組織

9、狀態(tài)、變形溫度應(yīng)變速率對金屬塑性有何影響？答：組織狀態(tài)狀態(tài)對金屬塑性的影響： 當(dāng)金屬材料的化學(xué)成分一定時， 組織狀態(tài)的不同， 對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）的金屬塑性最好；體心立方晶格（滑移系 12 個）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，金屬的塑性較高；當(dāng)合金元素以過剩相存在時，塑性較低。鑄造組成的影響，鑄造組織具有粗大的柱狀晶粒，具有偏析、夾雜、氣泡、疏松

10、等缺陷，因而塑性較差。變形溫度對金屬塑性的影響：對大多少金屬而言，總的趨勢是隨著溫度升高，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，沒有足夠的時間進(jìn)行回復(fù)或再結(jié)晶，對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阻力，改善金屬的充填性。而且，在非常高的應(yīng)變速率下（如爆炸成

11、形）對塑性較差的難成形金屬的塑性加工是有利的?；瘜W(xué)成分、組織狀態(tài)、變形溫度、變形程度對變形抗力有何影響？答：化學(xué)成分：對于純金屬，純度越高，變形抗力越小。對于合金，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大大降低。組織結(jié)構(gòu)的變化，例如發(fā)生相變時，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，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)的晶界越多，在室溫下由于晶

12、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，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，因為這時晶格畸變能增加，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)。應(yīng)力狀態(tài)對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)不同對塑性的影響也不同：主應(yīng)力圖中壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大， 則金屬的塑性越高；拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬的塑性就越低。這是由于拉應(yīng)力促

13、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，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。 如擠壓時金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，拉拔時金屬處于一向受拉二向受壓的應(yīng)力狀態(tài)。擠壓時的變形抗力遠(yuǎn)比拉拔時變形抗力大。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，金屬會表現(xiàn)出異乎尋常的高塑性狀態(tài)，即所謂超常的塑性變

14、形。超塑性效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾個特點(diǎn)：大伸長率、無縮頸、低流動應(yīng)力、對應(yīng)變速率的敏感性、易成形。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；動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶的作用。什么是溫度效應(yīng)？冷變形和熱變形時變形速度對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。( 熱效應(yīng)：塑性變形時金屬所吸收的能量，絕大部分都轉(zhuǎn)化成熱能的現(xiàn)象) 一般來說，冷變形時，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時塑性略有下降，以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng)，塑性會有較大的回升；而熱變形時，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時塑性通常會

15、有較顯著的降低，以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng)，而使塑性有所回升，但若此時溫度效應(yīng)過大，已知實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。思考與練習(xí)什么叫張量？張量有什么性質(zhì)？答：張量：由若干個當(dāng)坐標(biāo)系改變時滿足轉(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)系中的三個矢量，即 9 個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)f ( Pij )它不隨坐標(biāo)而改變， 這樣，這些函數(shù)值與坐標(biāo)軸無關(guān)，的函數(shù)，叫做張量不變量。二階張量存在三個獨(dú)立的不變量。2） 張量可以疊加和分解幾個同階張量各對應(yīng)

16、的分量之和或差定義為另一個同階張量。兩個相同的張量之差定義為零張量。3） 張量可分為對稱張量、非對稱張量、反對稱張量若張量具有性質(zhì)Pij Pji ，就叫對稱張量；若張量具有性質(zhì)PijPjiPijPji ，且當(dāng) i=j 時對應(yīng)的分量為 0，則叫反對稱張量；如果張量，就叫非對稱張量。任意非對稱張量可以分解為一個對稱張量和一個反對稱張量。4）二階對稱張量存在三個主軸和三個主值如果以主軸為坐標(biāo)軸，則兩個下角標(biāo)不同的分量均為零，只留下兩個下角標(biāo)相同的三個分量，叫作主值。如何表示任意斜微分面上的應(yīng)力？答：若過一點(diǎn)的三個互相垂直的微分面上的九個應(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

17、定。如圖 14-1 所示，設(shè)過Q點(diǎn)任一斜切面的法線N 與三個坐標(biāo)軸的方向余弦為l ， m，n，l=cos(N,x);m=cos(N,y);n=cos(N,z) 。若斜微分面 ABC的面積為 dF，微分面OBC(x面 ) 、 OCA(y 面 ) 、 OAB(z面 ) 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Px0 ，得：整理得圖 14-1任意斜切微分面上的應(yīng)力Sxxlyx mzxnSyxy lymzy nSzxzlyz

18、 mzn（ 14-6 ）Sjij lii，j，z用角標(biāo)符號簡記為x y顯然，全應(yīng)力S2Sx2Sy2Sz2斜微分面上的正應(yīng)力為全應(yīng)力 S 在法線 N 方向的投影，它等于Sx , Sy , Sz 在 N 方向上的投影之和，即xl 2y m 2z n 22(xy lmyzmnzxnl )（ 14-7 ）斜切微分面上的切應(yīng)力為2S22（14-8 ）所以，已知過一點(diǎn)的三個正交微分面上9 個應(yīng)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)。應(yīng)力張量不變量如何表達(dá)？答：應(yīng)力張量的三個不變量為其中 J1 、 J2 、 J3 為應(yīng)力張量

19、第一、第二、第三不變量。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

20、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)：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)系中定義為在任意坐標(biāo)系中定義為已知受力物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為505080ij50075807530（MPa），1試求外法線方向余弦為l=m=1/2 ， n=2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

21、， s x， sy ,s z 分別為 S 在三軸中的分量，則有 :111s x =50 2 + 502 +802 =106.6sy =501112 +02 -752 =-28.0111s z =802 -752 -302 =-18.7S 2Sx2Sy2Sz2則得到 S111.79 MPaSxlSymSzn則得到 26.1 MPa而2S 22則得到108.7 MPa已知受力體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量分別為ijij10010010010010，017201720000100，ij740410004(MPa)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

22、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)下：J 1 =x +y +z =10zx )+222J2=-(xy +yz +xy+yz+ zx=200222J 3 =x yz +2xyyzzx -(xyz +yzx+z xy )=0式 14 103J12J 2J 30和由1 20，2 0，3 -10l11,m10n1122l 21m20n2122代入公式對于120 時：l對于20時：對于310 時： 主切應(yīng)力12235 m3101n3 0122322l30最大切應(yīng)力1(12)2(23)2(31)23J 2700等效應(yīng)力：2應(yīng)力偏張量：ij2001034000

23、32010031(123 )1 (20 0 10)10m 3 33故應(yīng)力球張量：y4039. 某受力物體內(nèi)應(yīng)力場為：x6xy 2c x31，zyzzx0，試從滿足平衡微分方程的條件中求系數(shù)c1 、 c2 、 c3 。解：32 c 2 xy2c2 y3c3 x2yxyy，由平衡微分條件：思考與練習(xí)15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)變增量，應(yīng)變速率，位移速度。答：位移：變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn) M（ x， y，z ）變形后移動到 M1，我們把它們在變形前后的直線距離稱為位移；位移分量：在坐標(biāo)系中，一點(diǎn)的位移矢量在

24、三個坐標(biāo)軸上的投影稱為該點(diǎn)的位移分量；線應(yīng)變：表示線元的單位長度的變化；工程切應(yīng)變：單元體在某一平面內(nèi)發(fā)生了角度的變化；對數(shù)應(yīng)變：對數(shù)應(yīng)變真實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)變增量的總和；主應(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)變中絕對值最大的一個稱為最大切應(yīng)變應(yīng)變張量不變量：對于一個確定的應(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I1、 I2、I 3 也應(yīng)是單值的，所以將 I1 、 I 2 、 I 3 稱為應(yīng)變張量不變量。等效應(yīng)變：一個不變量，在數(shù)值上等于單向均勻拉伸或壓縮方向上的線應(yīng)變1 。等效

25、應(yīng)變又稱廣義應(yīng)變。應(yīng)變增量：塑性變形是一個大變形過程，在變形的整個過程中，質(zhì)點(diǎn)在某一瞬時的應(yīng)力狀態(tài)一般對應(yīng)于該瞬時的應(yīng)變增量應(yīng)變速率：單位時間內(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)的三個互相垂直方向上的9 個應(yīng)變分量確定了該店的應(yīng)變狀態(tài)。已知這9 個應(yīng)變分量組成一個應(yīng)變張量，xxyxzijyxyyz用ij 表示，則zxzyz，ij 即可完整的表示受力物體內(nèi)的應(yīng)變狀態(tài)。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。應(yīng)

26、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）存在三個互相垂直的主方向，在該方向上線元只有主應(yīng)變而無切應(yīng)變。用1 、 2 、 3 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）存在三個應(yīng)變張量不變量I 1 、 I 2 、 I 3 ，且對于塑性變形，由體積不變條件，I10（ 3）在與主應(yīng)變方向成45 方向上存在主切應(yīng)變，其大小為1( 12 )13 )131 )1223(231(2，2，2若 1 2 3 ，則最大切應(yīng)變?yōu)椋?4）應(yīng)變張量可以分解為應(yīng)變球張量和應(yīng)變偏張量m1 (xyz )式中，3為平均應(yīng)變；ij 為應(yīng)變偏張量，表示變形單元體形狀

27、變化；ijm 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2=6I23等效應(yīng)變的特點(diǎn)是一個不變量，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1 。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1 、2p(12 ，(13 ，23，0) p0)p3(3的值，且 1 2 3，可以在122220)和平面上，分別以、為121323r12 、r2r3圓心，以2、2為半徑畫三個圓。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：表示小變形時位移分量和應(yīng)變分量之

28、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已知，則可由上述小應(yīng)變幾何方程求得應(yīng)變場。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，物體變形后才是連續(xù)的。否則，變形后會出現(xiàn)“撕裂”或“重疊”，變形體的連續(xù)性遭到破壞。速度分量、位移增量、應(yīng)變增量和應(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，形成一個速度場。將質(zhì)點(diǎn)在單位時間內(nèi)的位移叫做位移速度，它在三個坐標(biāo)軸方向的分量叫做位移速度分量，簡稱速度分量；位移增量：物體在變形過程中，在某一極短的瞬時dt ，質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生的位移改變量稱為位移增量；應(yīng)變增量：

29、塑性變形是一個大變形過程，在變形的整個過程中，質(zhì)點(diǎn)在某一瞬時的應(yīng)力狀態(tài)一般對應(yīng)于該瞬時的應(yīng)變增量；應(yīng)變速率增量：單位時間內(nèi)的應(yīng)變稱為應(yīng)變速率，又稱變形速度。在時間間隔dt 內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)變 d ij 為應(yīng)變速率增量。對數(shù)應(yīng)變有何特點(diǎn)？它與相對線應(yīng)變有何關(guān)系？答：對數(shù)應(yīng)變特點(diǎn)：對數(shù)應(yīng)變適用于大變形；疊加性設(shè)某物體的原長度為l0 ，歷經(jīng)變形過程l1 、 l2 到 l3 ，則總的對數(shù)應(yīng)變?yōu)楦鞣至繉?shù)應(yīng)變之和，即l3 dll3l1 l2l3)l1l 2l3l 0 llnln(l1l2lnlnlnl 0l 0l0l1l2=1+2+3對應(yīng)的各階段的相對應(yīng)變?yōu)閘1l 0l 2l1l3l 2011223l 2l

30、0；l1；顯然，03011223這表明，對數(shù)應(yīng)變具有可疊加性，而相對應(yīng)變不具有可疊加性。（ 3）可比性對數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變，相對應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變。假設(shè)將試樣拉長一倍，再壓縮一半，則物體的變形程度相同。拉長一倍時ln 2l 0ln 2l0壓縮一半時0.5l0ln 2lnl0負(fù)號表示應(yīng)變方向相反。而用相對應(yīng)變時，以上情況分別為因而，相對應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變。8. 平面應(yīng)變狀態(tài)、軸對稱應(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 方向為主方向，該方向上的切應(yīng)力為零，z 平面為主平面，z 為中間主應(yīng)力，在塑性狀態(tài)下，zz21 ( xy ) m等于平均應(yīng)力，即2由于應(yīng)力分量x

31、、y 、 xy 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 平面即為塑性流動平面，平面塑性應(yīng)變狀態(tài)下的應(yīng)力張量可寫成：120002xy001mij020yx1200m02000012000m2或設(shè)一物體在變形過程中某一極短時間內(nèi)的位移為w(200.2 xyz)10 3 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xyz解：由幾何方程uxvywzxyyxyzzyzxxz1uv()2yx1 ( vw )2zy1 (wu )2xz來求得應(yīng)變分量m001 ( xz )0m0根據(jù)公式my00m 求球3和應(yīng)變球張量表達(dá)式量x

32、mxyxzyxymyz再根據(jù)zxzyzm來求應(yīng)變偏張量I 1I 2I 3先求三個應(yīng)變張量不變量代入特征方程3I 12I2 I30可求。1 ，2 ，3然后根據(jù)2( 12 ) 2( 23 ) 2( 31 ) 23可求等效應(yīng)變試判斷下列應(yīng)變場能否存在：1）2）xxy 2 ,yx 2 y, zxy,xy0, yz1(z 2y), zx1(x 2y 2 )22xx 2y 2 ,y y 2 ,z0, xy2 xy,yzzx0第十六章思考與練習(xí)解釋下列概念條件應(yīng)力；真實應(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

33、材料拉伸機(jī)上準(zhǔn)靜態(tài)拉伸（2103/S ）標(biāo)準(zhǔn)試樣，記錄下來的拉伸力P 與試樣標(biāo)距的絕對伸長l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A0 ，標(biāo)距長為l0 ，則條件應(yīng)力0P0A0，真實應(yīng)力試樣瞬時橫截面A 上所作用的應(yīng)力Y 稱為真實應(yīng)力，亦稱為流動應(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，該質(zhì)點(diǎn)就發(fā)生屈服?；蛘哒f，質(zhì)點(diǎn)處于塑性狀態(tài)時，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

34、屈服準(zhǔn)則又稱為最大切應(yīng)力不變條件，當(dāng) 1 2 3 時，則13 C2或13s密塞斯（ Von Mises ）屈服準(zhǔn)則：即當(dāng)?shù)刃?yīng)力達(dá)到定值時，材料質(zhì)點(diǎn)發(fā)生屈服。材料處于塑性狀態(tài)時，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)單向拉伸實驗確定為 s ，于是 Mises 屈服準(zhǔn)則可寫成：如何用單向拉伸試驗繪制材料的真實應(yīng)力- 應(yīng)變曲線？有哪些常見的簡化形式？答：真實應(yīng)力試樣瞬時橫截面A上所作用的應(yīng)力Y 稱為真實應(yīng)力，亦稱為流動應(yīng)力。YPA（16-2 ）由于試樣的瞬時截面面積與原始截面面積有如下關(guān)系：YP (1)0 (1)所以A0（ 16-3 ）真實應(yīng)變

35、設(shè)初始長度為 l 0 的試樣在變形過程中某時刻的長度為l ，定義真實應(yīng)變?yōu)閘n lln(1)l0（16-4 ）真實應(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應(yīng)力 -應(yīng)變曲線，即 Y曲線，如圖16-2 所示。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AK ，按下式計算 k 點(diǎn)的真實應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線。YKPKA0AKln,AK（16-5 ）這樣便可作出曲線的bk 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?/p>

36、向拉應(yīng)力狀態(tài)，實驗表明，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 Y 作用，中心處軸向拉伸應(yīng)力大于 Y ，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 ）等人提出用下式對曲線的 b k 段進(jìn)行修正，即YKYKd18式中， YK 是去除形狀硬化后的真實應(yīng)力（ MPa）； d 是（ mm）； 是縮頸處試樣外形的曲率半徑（mm）。（16-6 ）縮頸處直徑圖 16-3 上的應(yīng)力分布從圖 16-2 可看出， Y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

37、以真實應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線也稱為硬化曲線。由有四種常見的形式。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)？dY答：在失穩(wěn)點(diǎn) b 處Ybd上式的意義如圖教材16-4 ，表示在曲線 Y上，失穩(wěn)點(diǎn)所作的切線的斜率為Yb ，該斜線與橫坐標(biāo)圖 16-2拉伸實驗曲線軸的交點(diǎn)到失穩(wěn)點(diǎn)橫坐標(biāo)的距離為1。條件應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線b) 真實應(yīng)力 -應(yīng)大多數(shù)工程金屬在室溫下都有加工硬化，其真實應(yīng)力 - 應(yīng)變曲線近似于拋物線形狀，如圖 16-5a ，可用指數(shù)方程表達(dá)。YB n式中， B 是強(qiáng)度系數(shù)； n 是硬化指數(shù)。（16-8 ）B 和 n 的值可用失穩(wěn)點(diǎn)的特性確定如下，對上式求導(dǎo)數(shù)，得

38、dYn1YbnB b根據(jù)失穩(wěn)點(diǎn)的特性 dYBn又有 bb比較上述兩式，可得YbnBbb ，b4.理想塑性材料兩個常用的屈服準(zhǔn)則的物理意義?中間主應(yīng)力對屈服準(zhǔn)則有何影響？答：如已知三個主應(yīng)力的大小順序時，設(shè)為 1 2 3 時，則 Tresca屈服準(zhǔn)則只需用線性式13s 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 對質(zhì)點(diǎn)屈服的影響。13s 其232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應(yīng)力修正系數(shù)。當(dāng)11時，兩準(zhǔn)則一致， 這時的應(yīng)力狀態(tài)中有兩向主應(yīng)力相等，當(dāng)01.155 時，兩準(zhǔn)則相差最大，此時為平面變形應(yīng)力狀態(tài)。

39、兩個屈服準(zhǔn)則的統(tǒng)一表達(dá)式為對于 Tresca屈服準(zhǔn)則， K 0.5s ; 對于 Mises 屈服準(zhǔn)則， K （ 0.50.577） s5.某理想塑性材料的屈服應(yīng)力為s100 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） 。100001500012000500000005000100050000100, 0050, 000, 000（ MPa）12 s23s解：根據(jù)屈雷斯加準(zhǔn)則31s時就發(fā)生屈服，22222根據(jù)密塞斯準(zhǔn)則122331S或11002 03 100100-0 100 發(fā)生屈服，（ 100-0 ）2（ 0-100 ）2（ 100-100 ）2

40、 200002s 2發(fā)生屈服11502 503 50150-50 100 發(fā)生屈服2222（ 150-50 ）s發(fā)生屈服（150-50 ） （ 50-50 ） 2000021 1202 103 0120-0 120s（ 120-10 ）2222+（10-0 ）+（120-0 ） 26600 2s該力不存在1502 -503 050- （-50 ） 100 s 發(fā)生屈服2222s 處于彈性狀態(tài)（ 50+50） +（ 50-0 ）+（0+50） 15000 26. 一薄壁管（參見圖16-11 ），內(nèi)徑80 mm，壁厚 4mm，承受內(nèi)壓 p ，材料的屈服應(yīng)力為s200 MPa，現(xiàn)忽略管壁上的徑向應(yīng)力

41、 （即設(shè)0 ）。試用兩個屈服準(zhǔn)則分別求出下列情況下管子屈服時的p ；（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0p2r2tprt0prt顯然1s 2 z 0，3 0，prtMises 準(zhǔn)則：1 ss 200 MPa即代入可得P=20 MPaTresca 準(zhǔn)則1 3 s p=20 MPa當(dāng)管子兩端封閉時：pr2tprtz ，prtpr2t ，3 01 ，2 z 3 pr2t2t srMises 準(zhǔn)則：sP=3代入可得P=23.09 MPaprst rrTresca 準(zhǔn)則：t-0 p=代入數(shù)據(jù)可得 p=20.

42、0 MPa當(dāng)管子兩端加 100KN的 壓力時：pr 21105z 2rt0pr0pr0t1 tpr 2110 52 0；3z 2rt由密塞斯屈服準(zhǔn)則：pr0p r 21 105p r 2 1 105pr222（ t2 rt2 rt t2） （） （） 2 s代入數(shù)據(jù)得：p13 MPa由屈雷斯加屈服準(zhǔn)則:z =sprprp r 21 105t2srt2t =200-100=100 MPap10 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

43、代入兩準(zhǔn)則）222241（答案 屈雷斯加準(zhǔn)則：ss；密塞斯準(zhǔn)則：解：由圖知：x y 0由應(yīng)力莫爾圓知：3ss1）221 242 0223 24圖 16-12受拉扭復(fù)合的薄Tresca 準(zhǔn)則1 3s（2 4（2s ）s） =122222密塞斯準(zhǔn)則122331S222=2 s2+622（s ）+3（s）=18. 已知材料的真實應(yīng)力- 應(yīng)變曲線方程為 Y B 0.4，若試樣已有伸長率0.25 ，試問試驗還要增加多少才會發(fā)生頸縮？解：根據(jù) n=bb =0.4因為已有伸長率0.250.4 0.25 0.15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：簡單加載；增量理論；全量理論答：

44、簡單加載：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：又稱流動理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)時，應(yīng)力與應(yīng)變增量或應(yīng)變速率之間關(guān)系的理論，它是針對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)變增量，這樣就撇開加載歷史的影響。全量理論：在小變形的簡單加載過程中，應(yīng)力主軸保持不變，由于各瞬間應(yīng)變增量主軸和應(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，對應(yīng)變增量積分便得到全量應(yīng)變。在這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。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

45、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)系不是單值對應(yīng)的，與應(yīng)變歷史有關(guān)。塑性變形時可認(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。正因為塑性變形是不可逆的，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系不是單值對應(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。ij已知塑性狀態(tài)下某質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力張量為無限?。?。試求應(yīng)變增量的其余分量。d xdxyz解：由得50050150050350 （ MPa），應(yīng)變增量 d x 0.1 （ 為一d10.15015

46、03502，由此可解得，d0.1200，所以其余分量為4.某 塑 性 材 料 ， 屈 服 應(yīng) 力 為s150MPa，已知某質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)變增量為應(yīng)變增量0.10.050.05d ij0.050.100.0500.2（ 同上題）。平均應(yīng)力m 50 MPa，求該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。s5.s ，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z有一薄壁管，材料的屈服應(yīng)力2 ，試求切應(yīng)力分量z以及應(yīng)變增量各分量之間的比值。（答案s， d : d : dz : d z( 1):( 1):2:3）2z已知兩段封閉的長薄壁管，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

47、求周向、軸向和徑向應(yīng)變增量之間的比值。粉末體塑性成形與金屬塑性成形的屈服條件有何不同？粘性對材料的本構(gòu)方程有何影響？常見的流體模型有哪些？聚合物流變特性有何特點(diǎn)？第十八章思考與練習(xí)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時，則物體各質(zhì)點(diǎn)將沿著阻力最小的方向移動。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，但在實際生產(chǎn)

48、中，這種絕對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滑劑的摩擦。邊界摩擦：接觸表面之間存在很薄的潤滑膜，凸凹不平的坯料表面凸起部分被壓平，潤滑劑被壓入凹坑中，被封存在里面，在壓平部分與模具之間存在一層厚度為 0.1 m 潤滑膜，一般為單分子膜，這種單分子膜潤滑狀態(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滑劑層較厚，兩表面的微觀凸凹部分不直接接觸，完全被潤滑劑隔開的潤滑叫流體潤滑，該狀態(tài)下的摩擦叫流體摩擦。舉例分析最小阻力定律在塑性成形流動控制中的應(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r

49、 ，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，常常要設(shè)置拉延筋，用來調(diào)整或增加板料進(jìn)入模具型腔的流動阻力，以保證覆蓋件的成形質(zhì)量。影響塑性變形和流動的因素有哪些？舉例分析？答：影響塑性變形和流動的因素有摩擦力，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。因為摩擦力的影響，矩形斷面的棱柱體在平板間鐓粗時，各個方向的阻力不同，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 型砧中拔長圓截面坯料時，由于工具的側(cè)面壓力使金屬沿橫向流動受到阻礙，金屬大量沿軸向流動。在凸弧形砧上，正好相反，加大橫向流動。殘余應(yīng)力有哪幾類？它會產(chǎn)生什么后果？

50、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，不超過材料的屈服應(yīng)力，也是相互平衡成對出現(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，其應(yīng)力分布及內(nèi)部應(yīng)力分布更不均勻?？s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，會使零件破壞，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，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

51、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，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。塑性成形時接觸面上

52、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指不加任何運(yùn)潤滑劑的摩擦，邊界摩擦是指接觸表面之間存在很薄的潤滑膜，流體摩擦是指接觸表面被潤滑劑完全隔開的摩擦。塑性成形時常用的流體潤滑劑和固體潤滑劑各有哪些？石墨和二硫化鉬如何起潤滑作用？答：流體潤滑劑有動物油、植物油、礦物油和乳化液等。固體潤滑劑又可分為干性固體潤滑劑和軟（熔）化固體潤滑劑，干性固體潤滑劑有石墨、二硫化鉬等，軟（熔）化固體潤滑劑有玻璃、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，用作潤滑劑時層與層之間的內(nèi)摩擦力代替了坯料與

53、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400 左右氧化。使用時可制成水劑或油劑。什么是磷化 - 皂化處理？在擠壓生產(chǎn)中有何意義？答：當(dāng)壓力很高時，即使加入添加劑，潤滑劑還是會遭到破壞或被擠掉，而失去潤滑作用。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)，對潤滑劑有吸附作用。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)行潤滑處理，常用硬脂酸鈉、肥皂等，故稱為皂化。如何用圓環(huán)鐓粗法測摩擦系數(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

54、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)實驗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.金屬流動分析有何意義？目前主要采用的分析方法？答：金屬流動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 (Boundary Element Method) 和有限元法（

55、 FiniteElement 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)，建立簡化的平衡方程和屈服條件，并聯(lián)立求解，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)）或軸對稱問題，以便利用比較簡單的塑性條件，即13s 。對于形狀復(fù)雜的變形體，可以把它劃分為若干形狀簡單的變形單元，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稱問題。根據(jù)金屬流動的方向，沿變形體整個（或部分）截面（一般為縱截面）切取

56、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，獲得簡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。在對基元體列塑性條件時，假定接觸面上的正應(yīng)力為主應(yīng)力，即忽略摩擦力對塑性條件的影響，從而使塑性條件大大簡化。即有xyY （當(dāng)x y）將經(jīng)過簡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)過簡化的平衡方程和屈服方程實質(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 50mm 50mm ，在室溫下鐓粗至高度 h=25mm，設(shè)接觸表面摩擦切應(yīng)力0.2Y 。已知 Y746 0.20 MPa ，試求所需的變形力P 和單位流動壓力p。p Y (1m d )解：根據(jù)主應(yīng)力法應(yīng)用中軸對稱鐓粗得變形力算得的公式6 hY mk, k而本題 0.2Y 與例題2 相比較得： m=0.4, 因為該圓柱被壓縮至h=25mm根據(jù)體積不變定理，可得re25 2 ， d=50 2 ,h=250.2 (122 )又因為 Y 746153在平砧上鐓粗長矩形截面的鋼坯，其寬度為a、高度為 h，長度 la，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)單位流動壓力p 的表達(dá)式。解：本題與例 1 平面